Question

17．甲醇是新型的汽车动力燃料．工业上可通过H₂和CO化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ•mol^-1
（1）已知：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1    1mol甲醇气体完全燃烧生成CO₂和水蒸气的热化学方程式为CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ•mol^-1．
（2）下列措施中有利于提高2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）反应速率的是BD（双选）．
A．分离出CH₃OH    B．升高温度    C．减小压强    D．加入合适的催化剂
（3）用H₂和CO化合制备甲醇的反应中，若反应的容积为1L的恒容容器，分别在230℃、250℃和270℃下，改变H₂和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量固定为1mol）进行实验，结果如图所示（图中曲线上的点都为一定温度下、一定组成下的平衡点）：

①曲线X对应的温度是230℃．
②从图中可以得出的结论有温度越高，CO的转化率越低或n（H₂）：n（CO）越低，CO的转化率越大．（写一条）
（4）若往反应的容积中加入1.5molH₂HE 1.0moCO，在曲线Z对应温度下反应达平衡．利用上述图中a点对应的CO平衡转化率，计算2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH （g）的平衡常数（写出计算过程）．

Answer 1

分析 （1）根据反应①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H₁=-116kJ•mol^-1，
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1，
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1，
根据盖斯定律：②+③×2-①得到所需热化学方程式和焓变；
（2）提高反应速率可增大浓度、压强、温度或加入催化剂；
（3）①正反应放热，则升高温度CO的转化率降低；
②由图可知，温度越高，CO的转化率越低，CO和 H₂的起始组成比越小，CO的转化率越大；
（4）计算出平衡时各物质的浓度，结合K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算．

解答 解：（1）根据反应①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H₁=-116kJ•mol^-1，
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1，
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1，
根据盖斯定律：②+③×2-①得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ•mol^-1，
故答案是：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ•mol^-1；
（2）提高反应速率可增大浓度、压强、温度或加入催化剂，则B、D正确，而移去部分CH₃OH、减小压强可减小反应速率，故答案为：BD；
（3）①根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，所以曲线X为230℃，故答案为：230℃；
②由图可知，温度越高，CO的转化率越低，CO和 H₂的起始组成比越小，CO的转化率越大，
故答案为：温度越高，CO的转化率越低或n（H₂）：n（CO）越低，CO的转化率越大；
（4）由图象可知a点对应CO的转化率为50%，n（H₂）：n（CO）=1.5，则
                         CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始（mol/L）     1           1.5                 0
转化（mol/L）   0.5            1                0.5
平衡（mol/L）  0.5           0.5               0.5
K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×0．{5}^{2}}$=4.00，
答：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH （g）的平衡常数为4.00．

点评 本题考查化学平衡问题，侧重于学生的分析和计算能力的考查，为高考常见题型和高频考点，注意把握图象曲线的变化趋势，把握平衡常数的计算方法，题目难度中等．