Question

【題目】甲醇是一種新型的汽車動力燃料。請回答下列問題：

(1)工業上可通過CO和H2化合來制備CH3OH(g)。已知某些化學鍵的鍵能數據如下表：

化學鍵	C-C	C-H	H-H	C-O		H-O
鍵能/kJmol-1	348	413	436	358	1072	463

已知：CO中的C與O之間形成的化學鍵為鍵。工業制備甲醇的熱化學方程式__________________；

(2)在容積固定為2L的密閉容器內充入1molCO和2molH2，加入合適的催化劑(體積可以忽略不計)后，在250℃下開始反應，并用壓力計檢測容器內壓強的變化如下：

反應時間/min	0	5	10	15	20	25
壓強/MPa	10.8	9.6	8.4	7.8	7.2	7.2

則從反應開始到20min時，以CO表示的平均反應速率為___________，該溫度下平衡常數K= ______；若升高溫度，則CO的轉化率_______(填“增大”“減小”或“不變”)；

(3)在三個容積均為1 L的恒容密閉容器中只發生反應：2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g)，依據表中的相關數據可確定該反應的ΔH______0(填“＞”“＜”或“=”，下同)；容器C達到平衡時，容器中總壓強p(C)/p(A)_______2；容器A達到平衡時，向容器中再充入CH3OH(g)、C2H4(g)、H2O(g)各0.1 mol，此時，υ(正)_______υ(逆)。

容器	溫度/℃	起始加入量/mol			平衡時乙烯/mol
		CH3OH(g)	C2H4(g)	H2O(g)
A	310	0.2	0	0	0.05
B	327	0	0.1	0.2	0.047
C	310	0.2	0.1	0.2	/

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=－116 kJmol-1 0.0125molL-1min-1 4 減小 ＜ ＜ ＜

【解析】

(1)依據△H=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和計算ΔH，再寫出熱化學方程式；

(2)通過(1)寫出的熱化學方程式可知反應是氣體體積減小的放熱反應，當反應進行到20min時反應達到平衡狀態，依據反應速率概念υ= 計算速率，平衡常數是利用平衡狀態下生成物濃度冪次方乘積除以反應物濃度的冪次方乘積得到；結合溫度對平衡的影響分析判斷；

(3)根據2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g)，A、B起始充入的物質等效，根據容器A、B結合溫度對平衡的影響分析判斷；容器C中起始時氣體的物質的量相當于A的2倍，根據壓強對平衡的影響分析判斷；根據三段式計算A容器的平衡常數K，容器A達到平衡時，向容器中再充入CH3OH(g)、C2H4(g)、H2O(g)各0.1 mol，計算出Qc，根據Qc與K的大小分析判斷。

(1)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，反應的△H=反應物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，依據圖表提供的化學鍵的鍵能，△H═1072kJ/mol+2×436kJ/mol-(3×413kJ/mol +358kJ/mol+ 463kJ/mol) =－116kJmol-1，故答案為：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=－116 kJmol-1；

(2)從反應開始到20min時，設CO的濃度變化量是x，

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

初始濃度(mol/L)：0.5 1 　 0

變化濃度(mol/L)： x 2x 　 　 x

平衡濃度(mol/L)：0.5-x 1-2x 　　　 x

根據反應前后壓強之比等于物質的量之比，則=，解得x=0.25mol/L，從反應開始到20min時，以CO表示的平均反應速率υ（CO）===0.0125mol/(Lmin)；平衡常數K===4；該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO的轉化率減小，故答案為：0.0125mol/(Lmin)；4；減小；

(3)根據2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g)，A、B起始充入的物質等效，比較容器A、B可知，升高溫度，平衡時乙烯的量減少，說明升高溫度平衡逆向移動，因此正反應為放熱反應，即△H＜0；容器C中起始時氣體的物質的量相當于A的2倍，若平衡等效，在體積相同時，平衡壓強應該為A的2倍，但增大壓強，平衡逆向移動，氣體的物質的量減少，因此平衡時容器中總壓強p(C)/p(A)＜2；對于A容器，

2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g)，

初始濃度(mol/L)：0.2 0 　　 0

變化濃度(mol/L)：0.1 0.05 　　0.1

平衡濃度(mol/L)：0.1 0.05 　 　0.1

平衡常數K==0.05，容器A達到平衡時，向容器中再充入CH3OH(g)、C2H4(g)、H2O(g)各0.1 mol，此時Qc==0.1＞K，平衡逆向移動，說明υ(正)＜υ(逆)，故答案為：＜；＜；＜。