Question

工业上常利用CO和H₂合成可再生能源甲醇。
（1）已知CO(g)、CH₃OH(l)的燃烧热分别为283.0 kJ·mol^-1和726.5 kJ·mol^-1，则CH₃OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H₂O(l)的热化学方程式为                       。
（2）合成甲醇的方程式为CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)    ΔH <0。
在230 ℃?270 ℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比n(H₂):n(CO)，分别在230 ℃、250 ℃和270 ℃进行实验，结果如下左图所示。其中270 ℃的实验结果所对应的曲线是_____（填字母）；当曲线X、Y、Z对应的投料比达到相同的CO平衡转化率时，对应的反应温度与投较比的关系是                    。

（3）当投料比为1∶1，温度为230 ℃，平衡混合气体中，CH₃OH的物质的量分数为        （保留1位小数）；平衡时CO的转化率           。

Answer 1

（1）CH₃OH (l) + O₂(g) =" CO(g)" + 2H₂O(l)  ΔH=－443.5 kJ·mol^-1
（2） Z   投料比越高，对应的反应温度越高    （3）33.3%   40%

试题分析：(1)CO(g)燃烧的热化学方程式为CO(g)+1/2 O₂(g)= CO₂(g) ΔH=" —283.0" kJ/mol ; ① CH₃OH(l) 燃烧的热化学方程式为CH₃OH(l) +3/2 O₂(g)= CO₂(g)+ + 2H₂O(l) ΔH=" —726.5" kJ/mol; ②. ②-①整理可得：CH₃OH (l) + O₂(g) =" CO(g)" + 2H₂O(l)  ΔH=－443.5 kJ/mol.(2) 合成甲醇的方程式为CO(g)+2H₂(g)  CH₃OH(g)  ΔH <0。由于该反应的正反应为放热反应，所以当反应达到平衡后，当n(H₂)/n(CO)不变时，升高温度，化学平衡吸热反应 (即逆反应) 方向移动，CO的转化率降低，甲醇的产率也减小。因此这三个曲线中Z对应的是270 ℃的实验结果。这对合成甲醇的产率来说不利。但是温度过低，虽然产率高了，但反应速率太低，达到平衡所需要的时间太长，效率也不高。因此综上所述常采用在230 ℃?270 ℃最为有利。根据平衡移动原理，在其它条件不变时，增加某种反应物的浓度，能使平衡正向移动，使其它反应物的转化率提高，而其本身的转化率降低。当曲线X、Y、Z对应的投料比达到相同的CO平衡转化率时，对应的反应温度与投较比的关系是投料比越高，对应的反应温度越高。（3）n(H₂)/n(CO)=1:1，假设n(H₂)= n(CO)=1mol,有图像可知在230 ℃，当反应达到平衡时CO的转化率为40%，，根据反应的方程式CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)可知：此时n(CO)="0.6mol," n(H₂)=0.2mol，n(CH₃OH) ="0.4mol," 在平衡混合气体中，CH₃OH的物质的量分数为：0.4mol÷(0.6mol+0.2mol+0.4mol)×100%= 33.3%.