Question

10．甲醇是重要的化工原料，又是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）已知反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ．mol^-1中的相关化学键键能如下：

化学键	H-H	C-O	C≡C	H-O	C-H
E/（KJ．mol-1）	436	343	x	465	413

则x=1076．
（2）在一容积可变的密闭容器中，1molCO与2molH₂发生反应：CO（g）+2H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$ CH₃OH（g）
△H₁＜0，CO在不同温度下的平衡转化率（α）与压强的关系如图1所示．
 ①a、b两点的反应速率：v（a）＜v（b）（填“＞”、“＜”、“=”）
 ②T₁＜T₂ （填“＞”、“＜”、“=”），原因是而正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，故T_l＜T₂．
 ③在c点条件下，下列叙述能说明上述反应能达到化学平衡状态的是bc（填代号）
a．H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍
b．CH₃OH的体积分数不再改变
c．混合气体的密度不再改变
d．CO和CH₃OH的物质的量之和保持不变
 ④计算图1中a点的平衡常数K_P=1.6×10^-7（kPa）^-2（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）．

（3）利用合成气（主要成分为CO、CO₂和H₂）合成甲醇，发生的主要反应如下：
I：CO（g）+2H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$ CH₃OH（g）△H₁
Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$ CO（g）+H₂O（g）△H₂
Ⅲ：CO₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$ CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
上述反应对应的平衡常数分别为K₁、K₂、K₃，它们随温度变化的曲线如图2所示．则△H₁＞△H₃（填“＞”、“＜”、“=”），理由是曲图l可知，随着温度升高，K₁减小，则△H₁＜0，根据盖斯定律又得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＞△H₃．

Answer 1

分析 （1）依据化学反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和计算；
（2）①压强越大反应速率越快，所以a、b两点的反应速率：v（a）＜v（b）；
 ②压强相同时一氧化碳的转化率高，所以平衡正向移动，而正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，故T_l＜T₂；
 ③达到化学平衡状态的是各物质的浓度不变，正逆反应速率相等；
④结合化学平衡三行计算列式计算平衡物质的物质的量，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数；
（3）反应1、2、3其对应的平衡常数分别为K₁、K₂、K₃，根据图1它们随温度变化的曲线结合盖斯定律进行分析解答．

解答 解：（1）反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和，即CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），x+2×436-413×3-343-465=-99，解之得x=1076，故答案为：1076；
（2）①压强越大反应速率越快，所以a、b两点的反应速率：v（a）＜v（b），故答案为：＜；
 ②压强相同时一氧化碳的转化率高，所以平衡正向移动，而正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，故T_l＜T₂，故答案为：＜；
而正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，故T_l＜T₂； 
③a．只要反应发生就有H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍，故错误；
b．CH₃OH的体积分数不再改变，说明各物质的量不变，反应达平衡状态，故正确；
c．混合气体的密度不再改变，说明气体的物质的量不变，反应达平衡状态，故正确；
d．CO和CH₃OH的物质的量之和保持不变，可能平衡也可能未平衡，故错误；
故选bc；
④a点的一氧化碳转化率为50%，总压为0.5MPa，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）    1      2          0
变化量（mol）   x       2x         x
平衡量（mol）  1-x     2-2x        x
而一氧化碳转化率为50%，所以x=0.5mol，Kp═$\frac{\frac{0.5}{2}×0.5}{\frac{0.5}{2}×0.5×（\frac{1}{2}×0.5）^{2}}$=1.6×10^-7 （kPa）^-2，故答案为：1.6×10^-7 （kPa）^-2；
（3）由图l可知，随着温度升高，K₁减小，则反应1：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₁＜0，反应3由反应1+2所得，根据盖斯定律：△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＞△H₃，
故答案为：＞；曲图l可知，随着温度升高，K₁减小，则△H₁＜0，根据盖斯定律又得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＞△H₃．

点评 本题考查热化学方程式书写、化学平衡图象、影响化学平衡的因素、化学平衡常数等，难度中等，注意利用“定一议二”原则分析和化学平衡常数的计算．