Question

14．甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．分析该反应并回答下列问题：
（1）在恒温时，向某密闭容器中通入2mol H₂和1mol CO 气体，发生反应，压强一定时，测得在平衡时CH₃OH的体积分数为0.5．与上述平衡保持同温、同压，若向密闭容器中通入4mol H₂ （g）和2mol CO （g），达到平衡，则CH₃OH的体积分数为0.5；平衡时，气体的总物质的量为3mol；该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{{c}^{2}（H{\;}_{2}）c（CO）}$；
此时CO的转化率为75%．
（2）图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．T₁和T₂温度下的平衡常数大小关系是K₁＞K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
则CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=$\frac{b-a-4c}{2}$kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根据平衡时CH₃OH的体积分数为0.5，利用三段式分析，可计算得平衡时各物质的物质的量，保持同温、同压加入的起始的物质的量为原来的2倍，得到的平衡为原平衡的等效平衡，根据平衡常数等于生成浓度的系数次幂之积除以反应物浓度系数次幂之积及转化率=$\frac{已转化的物质的量}{起始的物质的量}$×100%计算；
（2）根据图可知，CO的转化率在T₂温度下低，据此判断平衡常数大小；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
根据盖斯定律，将$\frac{①-②}{2}+③$×$\frac{1}{2}$得反应CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l），据此书写热化学方程式．

解答 解：（1）恒温时，密闭容器中通入2mol H₂和1mol CO 气体发生反应达平衡，压强一定时CH₃OH的体积分数为0.5，与上述平衡保持同温、同压，通入4mol H₂ （g）和2mol CO （g），所以n （H₂）：n （CO）=2：1，与原反应一致，所以与原平衡为等效平衡，所以CH₃OH的体积分数仍为0.5，设消耗CO物质的量为x，
                    CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
起始物质的量（mol）　2       4          0
变化物质的量（mol）  x       2x         x
平衡物质的量（mol）2-x      4-2x        x
根据题意有$\frac{x}{6-2x}$=0.5，所以x=1.5，平衡时，气体的总物质的量为（6-2x）mol=3mol，该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{{c}^{2}（H{\;}_{2}）c（CO）}$，CO的转化率为
$\frac{1.5}{2}$×100%=75%，
故答案为：0.5；3mol；$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{{c}^{2}（H{\;}_{2}）c（CO）}$；75%；
（2）根据图可知，CO的转化率在T₂温度下低，此时平衡常数小，所以K₁＞K₂，
故答案为：＞；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
根据盖斯定律，将$\frac{①-②}{2}+③$×$\frac{1}{2}$得反应CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l），所以△H=$\frac{b-a-4c}{2}$，
故答案为：$\frac{b-a-4c}{2}$．

点评 本题考查等效平衡的计算，题目难度中等，注意准确理解等效平衡的原理和应用．