Question

【题目】甲醇是有机化工原料和优质燃料，主要应用于精细化工、塑料等领域，也是农药、医药的重要原料之一。

（1）已知反应CO（g）+2H2(g）== CH3OH(g) H= —99kJ.mol—1中的相关化学键键能如下：

化学键	H－H	C－O	C≡O	H－O	C－H
E/（kJ.mol－1）	436	343	x	465	413

则x=___________________。

（2）在一容积可变的密闭容器中，1molCO与2molH2发生反应：CO（g）+2H2(g） CH3OH(g) ，

CO在不同温度下的平衡转化率（α）与压强的关系如图所示。
①a、b两点的反应速率：v(b)____v(a)（填“>”、“<”或“=”）。②该反应的△S______0，图中的T1______T2（填“>”、“<”或“=”）。

③该合成反应的温度一般控制在240～270℃，选择此温度范围的原因是：

I．此温度范围下的催化剂活性高；

II．______________________________________________________。

④图中a点的压强平衡常数KP=_______________(KPa)－2（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

（3）利用合成气（主要成分为CO和H2）合成甲醇，发生主要反应如下：

I：CO（g）+2H2(g）CH3OH(g) H1

II：CO2(g)＋H2(g) CO(g) + H2O(g) H2

III：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) H3

上述反应对应的平衡常数分别为K1、K2、K3，它们随温度变化曲线如下图所示。

则H1___________H3（填“>”、“<”或“=”）， 理由是__________________________。

Answer 1

【答案】 1076 ＞ < < 温度低于240℃，反应速率太慢；同时该反应为放热反应，温度高于270℃，化学平衡逆向移动，转化率降低（其他合理答案均可） 1.6×10－7 ＜ 由图可知，随着温度升高，K2减小，则△H2＞0，根据盖斯定律又得△H3＝△H1＋△H2，所以△H1＜△H3

【解析】(1)反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，则△H=2×436+x-343-413×3-465=-99，解得x=1076；故答案为：1076；

(2)①压强越大反应速率越快，所以a、b两点的反应速率：v(b)＞v(a)；故答案为：＞；

②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H= —99kJ·mol—1，反应中气体的物质的量减少，△S＜0，该反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，故Tl＜T2；故答案为：＜；＜；

③该合成反应的温度一般控制在240～270℃，选择此温度范围的原因有此温度范围下的催化剂活性高；温度低于240℃，反应速率太慢；同时该反应为放热反应，温度高于270℃，化学平衡逆向移动，转化率降低，故答案为：温度低于240℃，反应速率太慢；同时该反应为放热反应，温度高于270℃，化学平衡逆向移动，转化率降低；

④a点的一氧化碳转化率为50%，总压为0.5MPa，

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

起始量(mol)1 2 0

变化量(mol)x 2x x

平衡量(mol)1-x 2-2x x

而一氧化碳转化率为50%，所以x=0.5mol，Kp==1.6×10-7；故答案为：1.6×10-7；

(3)由图可知，随着温度升高，K2减小，则△H2＞0，根据盖斯定律又得△H3=△H1+△H2，所以△H1＜△H3；故答案为：＜；由图可知，随着温度升高，K2减小，则△H2＞0，根据盖斯定律又得△H3=△H1+△H2，所以△H1＜△H3。