Question

【題目】甲醇既是重要的化工原料，又可作為燃料，利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑作用下合成甲醇，發(fā)生的主要反應(yīng)如下：

①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH1

②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH2

③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3

回答下列問題：

（1）已知反應(yīng)①中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H—H	C—O		H—O	C—H
E/(kJ·mol－1)	436	343	1 076	465	413

由此計(jì)算ΔH1＝________kJ·mol－1；已知ΔH2＝－58 kJ·mol－1，則ΔH3＝________kJ·mol－1。

（2）反應(yīng)①的化學(xué)平衡常數(shù)K表達(dá)式為________；圖1中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為________(填曲線標(biāo)記字母)，其判斷理由是________。

圖1

圖2

（3）合成氣組成n(H2)/n(CO＋CO2)＝2.60時(shí)，體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示。α(CO)值隨溫度升高而________(填“增大”或“減小”)，其原因是________________________________；圖2中的壓強(qiáng)由大到小為________，其判斷理由是____________。

Answer 1

【答案】－99 ＋41 答案見解析 a 反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，升高溫度使其平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)K應(yīng)減小 減小 由圖2可知，壓強(qiáng)恒定時(shí)，隨著溫度的升高，α(CO)減小 p3＞p2＞p1 溫度恒定時(shí)，反應(yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，α(CO)增大，而反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，加壓對(duì)其平衡無影響，故增大壓強(qiáng)時(shí)，有利于α(CO)增大

【解析】

(1)根據(jù)反應(yīng)①，ΔH1＝[E(C≡O(shè))＋2E(H—H)]－[3E(C—H)＋E(C—O)＋E(H—O)]＝[1076 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1]－[3×413 kJ·mol－1＋343 kJ·mol－1＋465 kJ·mol－1]＝ －99 kJ·mol－1；根據(jù)蓋斯定律，②－①可得反應(yīng)③，ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－58 kJ·mol－1－(－99 kJ·mol－1)＝＋41 kJ·mol－1。

正確答案：－99；＋41。

（2）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的概念可寫出反應(yīng)①K的表達(dá)式K=；由第一小題計(jì)算

可知反應(yīng)①是放熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)K減小，因此曲線a符合。

正確答案：K=；a 。

（3）由圖2可知，壓強(qiáng)不變時(shí)，隨著溫度的升高，α(CO)減��；反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變

的反應(yīng)，加壓對(duì)其平衡無影響；反應(yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓α(CO)增大；由圖2可知，固定溫度(如530 K)時(shí)，p1→p2→p3，α(CO)增大，因此綜合分析可知p3＞p2＞p1。

正確答案：減�。挥蓤D2可知，壓強(qiáng)恒定時(shí)，隨著溫度的升高，α(CO)減小； p3＞p2＞p1； 溫度恒定時(shí)，反應(yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，α(CO)增大，而反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，加壓對(duì)其平衡無影響，故增大壓強(qiáng)時(shí)，有利于α(CO)增大。