Question

【题目】I．标准状态下，气态分子断开1 mol化学键的焓变称为键焓。已知H—H、H—O和O=O键的键焓分别为436 kJ·mol－1、463 kJ·mol－1和495 kJ·mol－1，请写出水蒸气分解的热化学方程式__________。

II．甲醇(CH3OH)广泛用作燃料电池的燃料，可由CO和H2来合成，化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。

（1）下图是反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。

①T1____T2(填“>”“<”或“＝”)。T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1____(填“>”“<”或“＝”)K2。

②若容器容积不变，下列措施不能增加CO转化率的是______(填字母)。

a. 降低温度 b. 将CH3OH(g)从体系中分离

c. 使用合适的催化剂 d. 充入He，使体系总压强增大

（2）在容积为1 L的恒容容器中，分别研究在300 ℃、350 ℃和370 ℃三种温度下合成甲醇的规律。如图是上述三种温度下H2和CO的起始组成比(起始时CO的物质的量均为1 mol)与CO平衡转化率的关系，则曲线x对应的温度是______℃；曲线z对应的温度下上述反应的化学平衡常数为______。曲线上a、b、c点对应的化学平衡常数分别为K1、K2、K3，则K1、K2、K3的大小关系为___________。

Answer 1

【答案】2H2O(g)=2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋485 kJ·mol－1 < > cd 300 4 K1＝K2<K3

【解析】

I．旧键断裂需要吸收能量，新键的生成会放出能量，△H=反应物的键能和-生成物的键能和；

II．（1）①据温度对化学平衡的影响来回答，先拐先平温度高T2＞T1，CO转化率减小，说明升温平衡逆向进行，温度对化学平衡常数的影响和反应的吸放热有关，平衡逆向进行平衡常数减小；

②化学平衡正向移动可提高CO的转化率；

（2）正反应放热，则升高温度CO的转化率降低；计算出平衡时各物质的浓度，结合平衡常数的定义进行计算；平衡常数是温度的函数，正反应是放热反应，温度越高K越小。

I．旧键断裂需要吸收能量，新键的生成会放出能量，△H=反应物的键能和-生成物的键能和，△H=4×463kJ·mol－1-（2×436kJ·mol－1+495kJ·mol－1）=485kJ·mol－1，水蒸气分解的热化学方程式2H2O(g)=2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋485 kJ·mol－1 ；

II．（1）①反应CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）中，反应向右进行，一氧化碳的转化率增大，温度升高，化学平衡向着吸热方向进行，根据图中的信息可以知道先拐先平温度高：T1<T2；

温度越高CO转化率越小，说明升温平衡逆向进行，逆反应为吸热反应，所以正反应是放热反应，△H＜0，对于放热反应，温度越高，平衡逆向进行化学平衡常数越小，因为图象分析可知T2＞T1，所以K1＞K2，

②a. 若容器容积不变，降低温度，反应CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）平衡正向移动，CO的转化率增大；

b. 将CH3OH(g)从体系中分离，平衡正向移动，CO转化率增大；

c. 使用合适的催化剂，平衡不移动，CO转化率不变；

d. 充入He，使体系总压强增大，但各组分的浓度不变，化学平衡不移动，CO的转化率不变；

故选cd；

（2）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300℃，

由图象可知当370℃时，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 1.5 0

转化（mol·L－1） 0.5 1 0.5

平衡（mol·L－1） 0.5 0.5 0.5

K=c(CH3OH)/[c(CO)c2(H2)]=0.5/[0.5×0．52]=4，

曲线上a、b是等温，温度高于c点的温度，所以K1═K2＜K3。