Question

15．中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的“甲醇制取低碳烯烴（DMTO）技術(shù)”獲2014年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎，該技術(shù)是先由煤氣化制取合成氣，再由合成氣制取甲醇）
1）煤氣化包含一系列化學(xué)反應(yīng)，已知：
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ•mol^-1，
C（s）+CO₂（g）=2CO（g））△H₂=+172kJ•mol^-1；
則反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的△H₃=-40.7kJ•mol^-1；
（2）以投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2制取甲醇，發(fā)生反應(yīng)，CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H，溫度、壓強(qiáng)與CO的平衡轉(zhuǎn)化率關(guān)系如下圖所示：
①△H＜0，P₁＜P₂，（填“＞”或“＜”）
②比較圖中M、N兩點(diǎn)對應(yīng)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)大�。篕（M）＞（填“＞”或“＜”或“=”）K（N）
③若提高起始時(shí)的投料比[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$]，則CO的平衡轉(zhuǎn)化率將增大（填”增大““減小”或“不變”）．
④實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中大多采用的條件為5MPa和230～270℃，由下表可知其優(yōu)點(diǎn)是低壓法所需設(shè)備要求低，副反應(yīng)少，催化劑易再生．

方法	催化劑	條件		備注	特點(diǎn)
		壓力/MPa	溫度/℃
高壓法	ZnO-Cr2O3 二元催化劑	25-30	380-400	1924年工業(yè)化	（1）催化劑不易中毒，再生困難 （2）副反應(yīng)多
低壓法	CuO-ZnO-Al2O3 三元催化劑	5	230-270	1966年工業(yè)化	（1）催化劑易中毒，再生容易 （2）副反應(yīng)少

Answer 1

分析 （1）已知：
①C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ•mol^-1，
②C（s）+CO₂（g）=2CO（g））△H₂=+172kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律①-②得CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）據(jù)此計(jì)算；
（2）①分析圖象可知，一氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，說明平衡逆向進(jìn)行分析反應(yīng)能量變化；
增大壓強(qiáng)，平衡向著氣體體積減小的方向移動；
②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，K越小；
③增大氫氣的濃度，平衡正向移動；
④由表可知其優(yōu)點(diǎn)是：1、壓強(qiáng)低，對設(shè)備要求不高；2、反應(yīng)溫度低，節(jié)省能源；3、催化劑再生容易，副反應(yīng)少．

解答 解：（1）①C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ•mol^-1，
②C（s）+CO₂（g）=2CO（g））△H₂=+172kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律：由①-②得CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g），△H₃=-40.7kJ•mol^-1；
故答案為：-40.7；
（2）①由圖象可知，一氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故△H＜0；
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g），增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故P₁＜P₂，
故答案為：＜，＜；
②由圖可以N點(diǎn)的溫度高于M點(diǎn)，由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，K越小，所以M點(diǎn)對應(yīng)的平衡常數(shù)K大于N點(diǎn)對應(yīng)的平衡常數(shù)；
故答案為：＞；
③提高起始時(shí)的投料比[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$]，相當(dāng)于增大氫氣的濃度，平衡正向移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率將增大，
故答案為：增大；
④由表可知其優(yōu)點(diǎn)是：1、壓強(qiáng)低，對設(shè)備要求不高；2、反應(yīng)溫度低，節(jié)省能源；3、催化劑再生容易，副反應(yīng)少；
故答案為：低壓法所需設(shè)備要求低，副反應(yīng)少，催化劑易再生．

點(diǎn)評 本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的影響因素、平衡常數(shù)的應(yīng)用等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和解決問題的能力．