Question

14．甲醇是一種可再生能源，具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來(lái)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．分析該反應(yīng)并回答下列問(wèn)題：
（1）在恒溫時(shí)，向某密閉容器中通入2mol H₂和1mol CO 氣體，發(fā)生反應(yīng)，壓強(qiáng)一定時(shí)，測(cè)得在平衡時(shí)CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)為0.5．與上述平衡保持同溫、同壓，若向密閉容器中通入4mol H₂ （g）和2mol CO （g），達(dá)到平衡，則CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)為0.5；平衡時(shí)，氣體的總物質(zhì)的量為3mol；該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{{c}^{2}（H{\;}_{2}）c（CO）}$；
此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為75%．
（2）圖是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線．T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁＞K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
則CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=$\frac{b-a-4c}{2}$kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)平衡時(shí)CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)為0.5，利用三段式分析，可計(jì)算得平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量，保持同溫、同壓加入的起始的物質(zhì)的量為原來(lái)的2倍，得到的平衡為原平衡的等效平衡，根據(jù)平衡常數(shù)等于生成濃度的系數(shù)次冪之積除以反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積及轉(zhuǎn)化率=$\frac{已轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量}{起始的物質(zhì)的量}$×100%計(jì)算；
（2）根據(jù)圖可知，CO的轉(zhuǎn)化率在T₂溫度下低，據(jù)此判斷平衡常數(shù)大��；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將$\frac{①-②}{2}+③$×$\frac{1}{2}$得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l），據(jù)此書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）恒溫時(shí)，密閉容器中通入2mol H₂和1mol CO 氣體發(fā)生反應(yīng)達(dá)平衡，壓強(qiáng)一定時(shí)CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)為0.5，與上述平衡保持同溫、同壓，通入4mol H₂ （g）和2mol CO （g），所以n （H₂）：n （CO）=2：1，與原反應(yīng)一致，所以與原平衡為等效平衡，所以CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)仍為0.5，設(shè)消耗CO物質(zhì)的量為x，
                    CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
起始物質(zhì)的量（mol）　2       4          0
變化物質(zhì)的量（mol）  x       2x         x
平衡物質(zhì)的量（mol）2-x      4-2x        x
根據(jù)題意有$\frac{x}{6-2x}$=0.5，所以x=1.5，平衡時(shí)，氣體的總物質(zhì)的量為（6-2x）mol=3mol，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{{c}^{2}（H{\;}_{2}）c（CO）}$，CO的轉(zhuǎn)化率為
$\frac{1.5}{2}$×100%=75%，
故答案為：0.5；3mol；$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{{c}^{2}（H{\;}_{2}）c（CO）}$；75%；
（2）根據(jù)圖可知，CO的轉(zhuǎn)化率在T₂溫度下低，此時(shí)平衡常數(shù)小，所以K₁＞K₂，
故答案為：＞；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將$\frac{①-②}{2}+③$×$\frac{1}{2}$得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l），所以△H=$\frac{b-a-4c}{2}$，
故答案為：$\frac{b-a-4c}{2}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查等效平衡的計(jì)算，題目難度中等，注意準(zhǔn)確理解等效平衡的原理和應(yīng)用．