Question

甲醇合成反应为：CO（g）+2H₂（g）△CH₃OH（g）．
（1）反应过程中物质能量变化如图所示．写出合成甲醇的热化学方程式

 

．
实验室在1L密闭容器中进行模拟合成实验．将1molCO和2molH₂通入容器中，分别恒温在300⁰C和500⁰C反应，每隔一定时间测得容器中甲醇的浓度如下：

	10min	20min	30min	40min	50min	60min
3000C	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
5000C	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

（2）在300⁰C反应开始10分钟内，H₂的平均反应速率

 

（3）500⁰C平衡常数K=

 

（4）在另一体积不变的容器中，充入1.2molCO和2.0molH₂，一定条件下达到平衡，测得容器内压强为起始的一半．该条件下H₂转化率为

 

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Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）由反应过程中物质能量变化图可知，1molCO（g）与2molH₂（g）完全反应生成1molCH₃OH（g）放出热量为（b-a）kJ，结合热化学方程式书写规则书写．
（2）由表可知10min内，甲醇的浓度变化为0.40mol/L，根据v=

△c

△t

计算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）．
（3）由表可知40min时，反应达平衡状态，甲醇的平衡浓度为0.80mol/L．CO的起始浓度为1mol/L、H₂的起始浓度为2mol/L，根据三段式计算出平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算．
（4）测得平衡时容器内压强为起始的一半，则平衡时混合气体的总物质的量为（1.2mol+2mol）×

1

2

=1.6mol，根据方程式利用差量法计算转化的一氧化碳的物质的量，转化的氢气的物质的量是一氧化碳的2倍，再利用转化率定义计算．

解答： 解：（1）由反应过程中物质能量变化图可知，1molCO（g）与2molH₂（g）完全反应生成1molCH₃OH（g）放出热量为（b-a）kJ，所以合成甲醇的热化学方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-（b-a）kJ/mol，
故答案为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-（b-a）kJ/mol；
（2）由表可知10min内，甲醇的浓度变化为0.40mol/L，所以v（CH₃OH）=

0.4mol/L

10min

=0.040mol/（L?min），速率之比等于化学计量数之比，所以v（H₂）=2v（CH₃OH）=2×0.040mol/（L?min）=0.080mol/（L?min），
故答案为：0.080mol/（L?min）；
（3）由表可知40min时，反应达平衡状态，甲醇的平衡浓度为0.80mol/L，CO的起始浓度为1mol/L、H₂的起始浓度为2mol/L，所以：
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol/L）：1        2                0
变化（mol/L）：0.8     1.6              0.8  
平衡（mol/L）：0.2     0.4              0.8
所以500℃平衡常数k=

0.8

0.2×0．42

=25，
故答案为：25；
（4）充入1.2molCO₂和2.0molH₂，一定条件下达到平衡，测得容器内压强为起始的一半，则平衡时混合气体的总物质的量为（1.2mol+2mol）×

1

2

=1.6mol，令转化的一氧化碳的物质的量为xmol，则：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）物质的量变化△n
1       2                                2
x       2x                       1.2mol+2mol-1.6mol=1.6mol
所以x=0.8mol
所以氢气的转化率为

0.8mol×2

2mol

×100%=80%．
故答案为：80%．

点评：本题考查热化学方程式、化学平衡的计算等，是对所学知识的直接运用，难度中等，旨在考查学生对基础知识的掌握．