Question

【題目】甲醇是一種新型的汽車動力燃料，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)水的熱化學方程式為___。

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

①下列措施中有利于增大該反應的反應速率且提高轉化率的是__(填字母序號)

A.隨時將CH3OH與反應混合物分離 B.降低反應溫度

C.使用高效催化劑 D.增大體系壓強

②實驗過程中用壓力計監(jiān)測容器內壓強的變化如下：

反應時間/min	0	5	10	15	20	25
壓強/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

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

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

（3）現在容積均為1L的a、b、c三個密閉容器中分別充入1molCO和2molH2的混合氣體，控制溫度，進行反應，測得相關數據的關系如圖所示。b中甲醇體積分數大于a中的原因是__。達到平衡時，a、b、c中CO的轉化率大小關系為__。

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，反應速率快，反應相同時間生成的甲醇多，體積分數大 a>b>c

【解析】

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

寫出它們燃燒熱的熱化學方程式，再寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的化學方程式，最后根據蓋斯定律計算其反應熱；

（2）①增大化學反應速率可升溫，加壓，使用催化劑，增大反應物濃度；正反應放熱，壓強減小，因此降溫，加壓有利于反應正向進行，提高反應物的轉化率；
②列出三段式，根據反應始末狀態(tài)的壓強之比等于物質的量之比計算平衡時H2的轉化量，再根據計算反應速率；據此計算平衡濃度，再根據平衡濃度計算化學平衡常數；
③恒溫恒壓條件下，向反應體系中通入無關氣體，相當于減小壓強；

（3）未達到平衡前，溫度高的速率快，相同時間內，產生的甲醇量多，由于正反應放熱，到達平衡后再升高溫度，平衡向逆反應方向移動，甲醇的含量會降低，所以圖中5min時，a容器一定未平衡，c容器一定平衡，b容器不一定平衡，據此分析解答。

（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)水的化學方程式為CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)，根據蓋斯定律，可知該反應可由③②得到，該反應的焓變△H=△H3△H2=443.5kJ/mol，

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

（2）①A. 隨時將CH3OH與反應混合物分離，平衡正向移動，能提高反應物的轉化率，但化學反應速率減小，故A不選；

B. 降低反應物溫度，能使反應正向進行程度增大，提高反應物轉化率，但化學反應速率減小，故B不選；

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

D. 增大體系壓強，平衡正向移動，能提高反應物的轉化率，且能增大化學反應速率，故D選；

故答案為：D；

②由表格中數據可知，20min后壓強保持不變，反應達到平衡狀態(tài)，設反應轉化xmolCO，則可得三段式：

，又壓強之比等于物質的量之比，所以有，解得x=0.5，則從反應開始到20min時，以H2表示的平均反應速率=；各組分的平衡濃度為c(CO)=0.25mol/L，c(H2)=0.5mol/L，c(CH3OH)=0.25mol/L，所以反應的化學平衡常數為；

故答案為：0.025；4；

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

故答案為：減��；

（3）未達到平衡前，溫度高的速率快，相同時間內，產生的甲醇量多，由于正反應放熱，到達平衡后再升高溫度，平衡向逆反應方向移動，甲醇的含量會降低，所以圖中5min時，a容器一定未平衡，c容器一定平衡，b容器不一定平衡；達到平衡時，a、b、c三個容器的反應溫度不同，根據正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，故達到平衡時，轉化率的關系為：a>b>c；

故答案為：b中溫度高，反應速率快，反應相同時間生成的甲醇多，體積分數大；a>b>c。