Question

【題目】甲醇是一種新型的汽車動(dòng)力燃料，工業(yè)上可通過CO和H2化合來制備甲醇。

（1）已知H2(g)、CO(g)、CH3OH(l)的燃燒熱分別為285.8kJ/mol、283.0kJ/mol和726.5kJ/mol，則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為___。

（2）某研究性學(xué)習(xí)小組在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1molCO和2molH2，加入合適催化劑(體積可以忽略不計(jì))后進(jìn)行反應(yīng)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH<0。

①下列措施中有利于增大該反應(yīng)的反應(yīng)速率且提高轉(zhuǎn)化率的是__(填字母序號(hào))

A.隨時(shí)將CH3OH與反應(yīng)混合物分離 B.降低反應(yīng)溫度

C.使用高效催化劑 D.增大體系壓強(qiáng)

②實(shí)驗(yàn)過程中用壓力計(jì)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25
壓強(qiáng)/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

則從反應(yīng)開始到20min時(shí)，以H2表示的平均反應(yīng)速率=__mol/(L·min)，該溫度下平衡常數(shù)k=__。

③若在恒溫恒壓條件下進(jìn)行上述反應(yīng)，達(dá)到平衡后，往體系中通入一定量的稀釋劑(水蒸氣)，CO的轉(zhuǎn)化率__(填"增大"、"減小"或"不變")。

（3）現(xiàn)在容積均為1L的a、b、c三個(gè)密閉容器中分別充入1molCO和2molH2的混合氣體，控制溫度，進(jìn)行反應(yīng)，測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)系如圖所示。b中甲醇體積分?jǐn)?shù)大于a中的原因是__。達(dá)到平衡時(shí)，a、b、c中CO的轉(zhuǎn)化率大小關(guān)系為__。

Answer 1

【答案】CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) ΔH=-443.5kJ/mol D 0.025 4 減小 b中溫度高，反應(yīng)速率快，反應(yīng)相同時(shí)間生成的甲醇多，體積分?jǐn)?shù)大 a>b>c

【解析】

（1）根據(jù)H2(g)、CO(g)、CH3OH(l)的燃燒熱分別為285.5kJ/mol、283.0kJ/mol和726.5kJ/mol，

寫出它們?nèi)紵裏岬臒峄瘜W(xué)方程式，再寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的化學(xué)方程式，最后根據(jù)蓋斯定律計(jì)算其反應(yīng)熱；

（2）①增大化學(xué)反應(yīng)速率可升溫，加壓，使用催化劑，增大反應(yīng)物濃度；正反應(yīng)放熱，壓強(qiáng)減小，因此降溫，加壓有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；
②列出三段式，根據(jù)反應(yīng)始末狀態(tài)的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比計(jì)算平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化量，再根據(jù)計(jì)算反應(yīng)速率；據(jù)此計(jì)算平衡濃度，再根據(jù)平衡濃度計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)；
③恒溫恒壓條件下，向反應(yīng)體系中通入無(wú)關(guān)氣體，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)；

（3）未達(dá)到平衡前，溫度高的速率快，相同時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生的甲醇量多，由于正反應(yīng)放熱，到達(dá)平衡后再升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的含量會(huì)降低，所以圖中5min時(shí)，a容器一定未平衡，c容器一定平衡，b容器不一定平衡，據(jù)此分析解答。

（1）已知H2(g)、CO(g)、CH3OH(l)的燃燒熱分別為285.5kJ/mol、283.0kJ/mol和726.5kJ/mol，

則有：①H2(g)+O2(g)═H2O(l) △H1=285.5kJ/mol，

②CO(g)+O2(g)═CO2(g) △H2=283.0kJ/mol，

③CH3OH(l)+O2(g)═CO2(g)+2H2O(l) △H3=726.0kJ/mol，

甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的化學(xué)方程式為CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)，根據(jù)蓋斯定律，可知該反應(yīng)可由③②得到，該反應(yīng)的焓變△H=△H3△H2=443.5kJ/mol，

故答案為：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=443.5kJ/mol；

（2）①A. 隨時(shí)將CH3OH與反應(yīng)混合物分離，平衡正向移動(dòng)，能提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，但化學(xué)反應(yīng)速率減小，故A不選；

B. 降低反應(yīng)物溫度，能使反應(yīng)正向進(jìn)行程度增大，提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，但化學(xué)反應(yīng)速率減小，故B不選；

C. 使用高效催化劑能提高化學(xué)反應(yīng)速率，但不改變化學(xué)平衡狀態(tài)，不能提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，故C不選；

D. 增大體系壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，能提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，且能增大化學(xué)反應(yīng)速率，故D選；

故答案為：D；

②由表格中數(shù)據(jù)可知，20min后壓強(qiáng)保持不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，設(shè)反應(yīng)轉(zhuǎn)化xmolCO，則可得三段式：

，又壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，所以有，解得x=0.5，則從反應(yīng)開始到20min時(shí)，以H2表示的平均反應(yīng)速率=；各組分的平衡濃度為c(CO)=0.25mol/L，c(H2)=0.5mol/L，c(CH3OH)=0.25mol/L，所以反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為；

故答案為：0.025；4；

③若在恒溫恒壓條件下進(jìn)行上述反應(yīng)，達(dá)到平衡后，往體系中通入一定量的稀釋劑(水蒸氣)，由于反應(yīng)物、生成物的濃度均同等程度的減小，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率減��；

故答案為：減��；

（3）未達(dá)到平衡前，溫度高的速率快，相同時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生的甲醇量多，由于正反應(yīng)放熱，到達(dá)平衡后再升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的含量會(huì)降低，所以圖中5min時(shí)，a容器一定未平衡，c容器一定平衡，b容器不一定平衡；達(dá)到平衡時(shí)，a、b、c三個(gè)容器的反應(yīng)溫度不同，根據(jù)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，故達(dá)到平衡時(shí)，轉(zhuǎn)化率的關(guān)系為：a>b>c；

故答案為：b中溫度高，反應(yīng)速率快，反應(yīng)相同時(shí)間生成的甲醇多，體積分?jǐn)?shù)大；a>b>c。