Question

【題目】Ⅰ.利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：①CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) △H1；②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2 ③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3；

化學(xué)鍵	H-H	C-O	CO	H-O	C-H
E/（kJ·mol-1）	436	343	1076	465	X

回答下列問題：

（1）已知△H2=-99 kJ·mol-1，則根據(jù)上表相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能（“CO”表示CO的化學(xué)鍵）計算X=_______ kJ·mol-1。

（2）反應(yīng)①、②、③對應(yīng)的平衡常數(shù)K1、K2、K3之間的關(guān)系式為___________。

（3）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，分析增大壓強對反應(yīng)③的影響為_______________。（提示：從對反應(yīng)速率、平衡狀態(tài)、轉(zhuǎn)化率角度回答）

Ⅱ.清潔能源具有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景，可減小污染解決霧霾問題，其中甲醇、甲烷是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池。一定條件下用CO和H2合成CH3OH：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=-99kJmol-1。向體積為2L的密閉容器中充入2molCO和4molH2，測得不同溫度下容器內(nèi)的壓強（P：kPa）隨時間（min）的變化關(guān)系如圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲線所示：

①Ⅱ和Ⅰ相比，改變的反應(yīng)條件是_________；

②反應(yīng)Ⅰ在6min時到平衡，在此條件下從反應(yīng)開始到達到平衡時v（CH3OH）=_________；

③反應(yīng)Ⅱ在2min時達到平衡，平衡常數(shù)K（Ⅱ）=_________；

④比較反應(yīng)Ⅰ的溫度（T1）和反應(yīng)Ⅲ的溫度（T3）的高低：T1_____T3（填“＞”“＜”“=”），判斷的理由是_________。

Answer 1

【答案】413 K1=K2·K3（或者K3=K1/K2） 增大壓強，反應(yīng)速率加快，平衡不移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不變 Ⅱ中使用催化劑 0.125 mol/（L·min） 12 ＞ 反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，反應(yīng)速率減慢，平衡向正反應(yīng)方向移動

【解析】

（1）反應(yīng)熱等于斷鍵吸收的能量與形成化學(xué)鍵所放出的能量的差值，則根據(jù)表中數(shù)據(jù)和反應(yīng)的化學(xué)方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知反應(yīng)熱△H2=1076 kJ·mol-1+ 2×436kJ·mol-1-3x-343 kJ·mol-1-465 kJ·mol-1=-99 kJ·mol-1，解得x=413；

（2）K1=，K2=，K3=，K1===K2·K3；

（3）③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)正向反應(yīng)氣體體積不變，故增大壓強，反應(yīng)速率加快，平衡不移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不變；

（4）①Ⅱ和Ⅰ相比反應(yīng)速率加快，不影響平衡移動，正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，應(yīng)是使用催化劑，故答案為：Ⅱ中使用催化劑；

②恒溫恒容下，壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比，故平衡時混合氣體總物質(zhì)的量為(2+4)mol× =3mol，則：

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) 物質(zhì)的量減小△n=2

起始量(mol) 2 4 0

變化量(mol) 1.5 3 1.5 6－3=3

平衡量(mol) 0.5 1 1.5

則v(CH3OH)= =0.125mol/(L.min)；

③Ⅱ、Ⅰ溫度相同，平衡常數(shù)相同，平衡常數(shù)K(Ⅱ)=K= = =12；

④反應(yīng)Ⅲ達平衡時所用的時間比反應(yīng)Ⅰ達平衡時所用的時間長，化學(xué)反應(yīng)速率慢，且Ⅲ平衡時壓強比I小，與I相比平衡正向移動，正反應(yīng)為氣體體積減小放熱反應(yīng)，應(yīng)降低溫度，故溫度T1溫度更高。