Question

【题目】甲醇是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下可合成甲醇。

（1）已知在常温常压下：

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

请写出甲醇发生不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学反应方程式：_____________。

（2）合成甲醇发生的反应如下

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：在以上制备甲醇的两个反应中，反应①优于反应②，原因为_____________。

Ⅱ：合成气的组成时体系中的CO平衡转化率(a)与温度和压强的关系如图所示。

①a(CO)值随温度升高而_____________(填“增大”或“减小”)，其原因是_____________

②图中的压强由大到小为_____________，其判断理由是_____________

（3）通常合成甲醇的主要反应为：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

①在一定温度下，上述反应在一密闭容器中达到平衡，在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，平衡_____________(填字母)；作出此判断的理由是_____________。

a.向正反应方向移动 b.向逆反应方向移动 c.不移动

②某温度下，将1 mol CO和4molH2充入2L的密闭容器中，充分反应达到平衡后，测得c(CO)=0.1mol·L-1，则H2的转化率为_____________

Answer 1

【答案】 CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g) △H=(2Q3+0.5Q2-0.5Q1) kJ/mol 反应①符合“原子经济性”的原则即原子利用率为100% 减小 升高温度时，反应①为放热反应，平衡向向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动,又产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低 P3>P2>P1 相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高 C 该反应达到平衡时，平衡常数增大容器体积时，c (CH3OH)和c(CO)等比例减小，由于H2浓度不变，此时的值仍然等于K，所以平衡不移动 40%

【解析】由盖斯定律可以知道, ：①-③×4-②可得甲醇不完全燃烧生成CO和气态水的热化学方程式：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g) △H=(2Q3+0.5Q2-0.5Q1) kJ/mol；正确答案：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g) △H=(2Q3+0.5Q2-0.5Q1) kJ/mol。

I：在以上制备甲醇的两个反应中，反应①优于反应②，反应①符合“原子经济性”的原则即原子利用率为100% ；正确答案：反应①符合“原子经济性”的原则即原子利用率为100%。

Ⅱ：①从曲线变化图可知，a(CO)值随温度升高而减小，其原因是升高温度时，反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低；正确答案：升高温度时，反应①为放热反应，平衡向向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动,又产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低。

②从图中曲线变化看出，相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率，因此升高压强由P1→P3，a(CO)值增大，平衡右移，所以压强由大到小为P3>P2>P1 ；正确答案：P3>P2>P1；相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高。

（3）①根据平衡常数进行处理：该反应达到平衡时，平衡常数增大容器体积时，c (CH3OH)和c(CO)等比例减小，由于H2浓度不变，此时的值仍然等于K，所以平衡不移动，c正确；正确答案：c；该反应达到平衡时，平衡常数增大容器体积时，c (CH3OH)和c(CO)等比例减小，由于H2浓度不变，此时的值仍然等于K，所以平衡不移动。

②设CO的变化量为xmol，则平衡后n(CO)=0.1×2=0.2mol；

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

起始量 1 4 0

变化量 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的转化率为0.8×2/4×100%=40%；正确答案：40%。