Question

9．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表：

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“＞”、“＜”、“=”），原因是该反应是放热反应，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计算图中a点的平衡常数K_P=1.6×10^-7（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，它们随温度变化曲线如图2所示．则△H₁＜△H₃（填“＞”、“＜”、“=”），理由是由图可知，随着温度升高，K₂减小，则△H₂＞0，根据盖斯定律又得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₁＜△H₃．

Answer 1

分析 （1）根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能计算；
（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根据化学平衡时正逆反应速率相等，各物质含量不再改变分析；
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）反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，则△H=2×436+x-343-413×3-465=-99，解得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该反应是放热反应，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：＜；该反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，故T_l＜T₂；
③a．H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍均为正反应速率，不能说正逆反应速率相等，故a错误；     
b．CH₃OH的体积分数随着反应的进行增大，不再改变时化学平衡，故b正确；
c．混合气体的总质量不变，容器可变，则混合气体的体积减小，密度增大，不再改变时化学平衡，故c正确；                
d．CO和CH₃OH的物质的量之和保持不变，不能说明化学平衡，故d错误；
故答案为：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；
故答案为：1.6×10^-7；
（3）由图可知，随着温度升高，K₂减小，则△H₂＞0，根据盖斯定律又得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₁＜△H₃．；
故答案为：＜；由图可知，随着温度升高，K₂减小，则△H₂＞0，根据盖斯定律又得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₁＜△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，掌握利用“定一议二”原则分析和化学平衡常数的计算，注意对题目信息的读取．