Question

6．CO、H₂、CH₃OH均是清洁能源，一定条件下存在如下转化：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
（1）上述物质的有关化学键的键能（单位：kJ•mol^-1）数据如下
C≡0：1076，H-H：436，C-H：408，C-O：351，O-H：463；
①上述生成CH₃OH的反应的△H=-90kJ/mol．
②若2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1，一定条件下，CH₃OH（g）可进一步转化为CH₃0CH₃（g）与H₂O（g），试写出对应的热化学方程式：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-24.7kJ/mol．
（2）分别向a、b、c三个容积相同的恒容密封容器中冲入10molCO与20molH₂，在适当条件下发生反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H，反应过程中H₂的浓度（mol•L^-1）随时间（min）的变化如图中a、b、c曲线所示．

①b容器中的反应在3min时达到平衡，则b容器中v（CO）=$\frac{1}{6}$mol/（L．min）．
②容器a、b中的反应条件的差异是b中使用催化剂，若a、c容器中的反应温度不同，则温度较低的容器是b（选填a或c）．
③a容器中反应的平衡常数=1，三个容器中平衡常数相对大小关系为c＞a=b．
为了寻找合成甲醇的适宜温度和压强，某科研小组设计了三组实验，部分实验数据如下表所示．

实验编号	T（℃）	n（CO）/n（H2）	p（MPa）
①	160	$\frac{2}{3}$	1
②	x	$\frac{2}{3}$	5
③	260	y	5

则x=160，y=$\frac{2}{3}$．

Answer 1

分析 （1）①反应热=反应物总键能-生成物总键能；
②Ⅰ．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
Ⅱ．2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1，
由盖斯定律，Ⅱ-Ⅰ×2可得：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂），再利用速率之比大于化学计量数之比计算v（CO）；
②与a相比，b到达平衡时间短，且平衡时氢气浓度不变，平衡不移动，而正反应为气体物质的量减小的反应，压强影响平衡移动，则b使用催化剂；
温度越高，反应速率越快，到达平衡的时间越短；
③计算平衡时各组分的浓度，根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算平衡常数；a的温度比c高，平衡时氢气浓度比c的大，说明升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，而a、b温度相同，二者平衡常数相同；
采取控制变量法分析，①与②压强不同，则温度、投料比相同；②与③温度不同，投料比相同．

解答 解：（1）①反应热=反应物总键能-生成物总键能，则：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的△H=1076kJ/mol+2×436kJ/mol-3×408kJ/mol-351kJ/mol-463kJ/mol=-90kJ/mol，
故答案为：-90kJ/mol；
②Ⅰ．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90kJ/mol
Ⅱ．2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1，
由盖斯定律，Ⅱ-Ⅰ×2可得：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-24.7kJ/mol，
故答案为：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-24.7kJ/mol；
（2）①v（H₂）=$\frac{2mol-1mol/L}{3min}$=$\frac{1}{3}$mol/（L．min），速率之比大于化学计量数之比，则v（CO）=$\frac{1}{2}$v（H₂）=$\frac{1}{6}$mol/（L．min），
故答案为：$\frac{1}{6}$mol/（L．min）；
②与a相比，b到达平衡时间短，且平衡时氢气浓度不变，平衡不移动，而正反应为气体物质的量减小的反应，压强影响平衡移动，则b使用催化剂；
a与c相比，a达到平衡时间较短，温度越高，反应速率越快，到达平衡的时间越短，故温度a＞c，
故答案为：b中使用催化剂；c；
③起始时氢气浓度为2mol/L，则CO的起始内为1mol/L，平衡时氢气浓度为1mol/L，则：
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）：1        2         0
变化量（mol/L）：0.5      1         0.5
平衡量（mol/L）：0.5     1        0.5

故平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×{1}^{2}}$=1，
a的温度比c高，平衡时氢气浓度比c的大，说明升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，而a、b温度相同，二者平衡常数相同，故平衡常数c＞a=b，
采取控制变量法分析，①与②压强不同，则温度、投料比相同，故x=160；②与③温度不同，投料比相同，则y=$\frac{2}{3}$，
故答案为：1；c＞a=b；160；$\frac{2}{3}$．

点评 本题考查化学平衡有关计算、化学平衡图象、化学平衡常数、化学反应速率计算、反应热计算、热化学方程式书写等，侧重考查学生的分析计算能力，注意对基础知识的理解掌握．