Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下可合成甲醇。

（1）已知在常溫常壓下：

①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H1=－Q1kJ·mol-1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2 (g) △H2=－Q2kJ·mol-1

③H2O(g)=H2O(1) △H3=－Q3kJ·mol-1

請(qǐng)寫出甲醇發(fā)生不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：_____________。

（2）合成甲醇發(fā)生的反應(yīng)如下

①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=－a kJ·mol-1

②CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H2=－b kJ·mol-1

③CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H3=+c kJ·mol-1

I：在以上制備甲醇的兩個(gè)反應(yīng)中，反應(yīng)①優(yōu)于反應(yīng)②，原因?yàn)?/span>_____________。

Ⅱ：合成氣的組成時(shí)體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率(a)與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。

①a(CO)值隨溫度升高而_____________(填“增大”或“減小”)，其原因是_____________

②圖中的壓強(qiáng)由大到小為_____________，其判斷理由是_____________

（3）通常合成甲醇的主要反應(yīng)為：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

①在一定溫度下，上述反應(yīng)在一密閉容器中達(dá)到平衡，在保證H2濃度不變的情況下，增大容器的體積，平衡_____________(填字母)；作出此判斷的理由是_____________。

a.向正反應(yīng)方向移動(dòng) b.向逆反應(yīng)方向移動(dòng) c.不移動(dòng)

②某溫度下，將1 mol CO和4molH2充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測得c(CO)=0.1mol·L-1，則H2的轉(zhuǎn)化率為_____________

Answer 1

【答案】 CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g) △H=(2Q3+0.5Q2-0.5Q1) kJ/mol 反應(yīng)①符合“原子經(jīng)濟(jì)性”的原則即原子利用率為100% 減小 升高溫度時(shí)，反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡向向左移動(dòng)，使得體系中CO的量增大；反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動(dòng),又產(chǎn)生CO的量增大；總結(jié)果，隨溫度升高，使CO的轉(zhuǎn)化率降低 P3>P2>P1 相同溫度下，由于反應(yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率；而反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，產(chǎn)生CO的量不受壓強(qiáng)影響，故增大壓強(qiáng)時(shí)，有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高 C 該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)增大容器體積時(shí)，c (CH3OH)和c(CO)等比例減小，由于H2濃度不變，此時(shí)的值仍然等于K，所以平衡不移動(dòng) 40%

【解析】由蓋斯定律可以知道, ：①-③×4-②可得甲醇不完全燃燒生成CO和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g) △H=(2Q3+0.5Q2-0.5Q1) kJ/mol；正確答案：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g) △H=(2Q3+0.5Q2-0.5Q1) kJ/mol。

I：在以上制備甲醇的兩個(gè)反應(yīng)中，反應(yīng)①優(yōu)于反應(yīng)②，反應(yīng)①符合“原子經(jīng)濟(jì)性”的原則即原子利用率為100% ；正確答案：反應(yīng)①符合“原子經(jīng)濟(jì)性”的原則即原子利用率為100%。

Ⅱ：①從曲線變化圖可知，a(CO)值隨溫度升高而減小，其原因是升高溫度時(shí)，反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡向左移動(dòng)，使得體系中CO的量增大；反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動(dòng)，又產(chǎn)生CO的量增大；總結(jié)果，隨溫度升高，使CO的轉(zhuǎn)化率降低；正確答案：升高溫度時(shí)，反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡向向左移動(dòng)，使得體系中CO的量增大；反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動(dòng),又產(chǎn)生CO的量增大；總結(jié)果，隨溫度升高，使CO的轉(zhuǎn)化率降低。

②從圖中曲線變化看出，相同溫度下，由于反應(yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率；而反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，產(chǎn)生CO的量不受壓強(qiáng)影響，故增大壓強(qiáng)時(shí)，有利于CO的轉(zhuǎn)化率，因此升高壓強(qiáng)由P1→P3，a(CO)值增大，平衡右移，所以壓強(qiáng)由大到小為P3>P2>P1 ；正確答案：P3>P2>P1；相同溫度下，由于反應(yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率；而反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，產(chǎn)生CO的量不受壓強(qiáng)影響，故增大壓強(qiáng)時(shí)，有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高。

（3）①根據(jù)平衡常數(shù)進(jìn)行處理：該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)增大容器體積時(shí)，c (CH3OH)和c(CO)等比例減小，由于H2濃度不變，此時(shí)的值仍然等于K，所以平衡不移動(dòng)，c正確；正確答案：c；該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)增大容器體積時(shí)，c (CH3OH)和c(CO)等比例減小，由于H2濃度不變，此時(shí)的值仍然等于K，所以平衡不移動(dòng)。

②設(shè)CO的變化量為xmol，則平衡后n(CO)=0.1×2=0.2mol；

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

起始量 1 4 0

變化量 x 2x x

平衡量 1-x 4-2x x

n(CO)=0.1×2=0.2mol=1-x，x=0.8 mol，H2的轉(zhuǎn)化率為0.8×2/4×100%=40%；正確答案：40%。