Question

甲醇是一種新型燃料，甲醇燃料電池即將從實驗室走向工業(yè)化生產．工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應的熱化學方程式為：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1
①已知：CO（g）+

1

2

O2(g)=CO2（g）△H₂=-283kJ?mol^-1H₂（g）+

1

2

O2(g)=H2O（g）△H₃=-242kJ?mol^-1
則表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO₂和水蒸氣時的熱化學方程式

 

②在容積為1L的恒容容器中，分別研究在230℃、250℃、270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律．如圖是上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時CO的物質的量均為1mol）與CO平衡轉化率的關系．請回答：
�。┰谏鲜鋈�種溫度中，曲線Z對應的溫度是

 

ⅱ）利用圖中a點對應的數據，計算出曲線Z在對應溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數K=

 

． 
③在某溫度下，將一定量的CO和H₂投入10L的密閉容器中，5min時達到平衡，各物質的物質的濃度
（mol?L^-1）變化如下表所示：

	0min	5min	10min
CO	0.1		0.05
H2	0.2		0.2
CH3OH	0	0.04	0.05

若5min～10min只改變了某一條件，所改變的條件是

 

．

Answer 1

考點：轉化率隨溫度、壓強的變化曲線,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學平衡的計算

專題：

分析：①根據蓋斯定律和題中熱化學方程式寫出甲醇完全燃燒生成二氧化碳的熱化學方程式；
②�。┖铣杉状嫉姆磻�是放熱反應，溫度升高，轉化率降低；
ⅱ）根據平衡常數表達式和一氧化碳的轉化率求算；
③根據5min和10min時各物質濃度的變化來確定改變條件．

解答： 解：（1）根據反應①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H₁=-116kJ?mol^-1，
②CO（g）+

1

2

O2（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ?mol^-1，
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H₃=-242kJ?mol^-1 ，
根據蓋斯定律：①-②-③×2得：
CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ?mol^-1；
②ⅰ）根據反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1，是放熱反應，溫度越高，轉化率越低，所以曲線Z對應的溫度是270℃，
故答案為：270℃；
ⅱ）該反應的平衡常數K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，
a點時，CO轉化率50%，反應消耗了2mol×50%=1molCO，消耗氫氣2mol
剩余1molCO，n（H₂）=3mol-2mol=1mol，生成1mol甲醇，
a點各組分的濃度是：c（CH₃OH）=

1mol

2L

=0.5mol/L，c（CO）=

1mol

2L

=0.5mol/L，c（H₂）=

1mol

2L

=0.5mol/L，
帶人表達式得：K=

0.5mol/L

0.5mol/L×(0.5mol/L)2

=4L²?mol^-2，
故答案為：4L²?mol^-2．
③反應達到平衡時，根據反應方程式知各物理量之間的關系式知，c（CO）=0.1mol/L-0.04mol/L=0.06mol/L，
C（H₂）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，10min時，c（CO）減小，c（H₂）增大，c（CH₃OH）增大，
則平衡向正反應方向移動，但氫氣濃度增大，所以改變的物理量是增加氫氣的物質的量或增加氫氣的濃度，
故答案為：增加氫氣的物質的量或增加氫氣的濃度．

點評：本題考查了化學平衡移動原理、蓋斯定律等知識點，難點化學平衡移動的分析，要結合濃度該變量來確定改變條件，難度中等．