Question

【题目】甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：

①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH1

②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH2

③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3

回答下列问题：

（1）已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

化学键	H—H	C—O		H—O	C—H
E/(kJ·mol－1)	436	343	1 076	465	413

由此计算ΔH1＝________kJ·mol－1；已知ΔH2＝－58 kJ·mol－1，则ΔH3＝________kJ·mol－1。

（2）反应①的化学平衡常数K表达式为________；图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________(填曲线标记字母)，其判断理由是________。

图1

图2

（3）合成气组成n(H2)/n(CO＋CO2)＝2.60时，体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。α(CO)值随温度升高而________(填“增大”或“减小”)，其原因是________________________________；图2中的压强由大到小为________，其判断理由是____________。

Answer 1

【答案】－99 ＋41 答案见解析 a 反应①为放热反应，升高温度使其平衡向逆反应方向移动，平衡常数K应减小 减小 由图2可知，压强恒定时，随着温度的升高，α(CO)减小 p3＞p2＞p1 温度恒定时，反应①为气体分子数减小的反应，加压使平衡向正反应方向移动，α(CO)增大，而反应③为气体分子数不变的反应，加压对其平衡无影响，故增大压强时，有利于α(CO)增大

【解析】

(1)根据反应①，ΔH1＝[E(C≡O)＋2E(H—H)]－[3E(C—H)＋E(C—O)＋E(H—O)]＝[1076 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1]－[3×413 kJ·mol－1＋343 kJ·mol－1＋465 kJ·mol－1]＝ －99 kJ·mol－1；根据盖斯定律，②－①可得反应③，ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－58 kJ·mol－1－(－99 kJ·mol－1)＝＋41 kJ·mol－1。

正确答案：－99；＋41。

（2）根据化学平衡常数的概念可写出反应①K的表达式K=；由第一小题计算

可知反应①是放热反应，升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数K减小，因此曲线a符合。

正确答案：K=；a 。

（3）由图2可知，压强不变时，随着温度的升高，α(CO)减小；反应③为气体分子数不变

的反应，加压对其平衡无影响；反应①为气体分子数减小的反应，加压α(CO)增大；由图2可知，固定温度(如530 K)时，p1→p2→p3，α(CO)增大，因此综合分析可知p3＞p2＞p1。

正确答案：减小；由图2可知，压强恒定时，随着温度的升高，α(CO)减小； p3＞p2＞p1； 温度恒定时，反应①为气体分子数减小的反应，加压使平衡向正反应方向移动，α(CO)增大，而反应③为气体分子数不变的反应，加压对其平衡无影响，故增大压强时，有利于α(CO)增大。