Question

【題目】甲醇是有機化工原料和優質燃料，主要應用于精細化工、塑料等領域，也是農藥、醫藥的重要原料之一。

（1）已知反應CO（g）+2H2(g）== CH3OH(g) H= —99kJ.mol—1中的相關化學鍵鍵能如下：

化學鍵	H－H	C－O	C≡O	H－O	C－H
E/（kJ.mol－1）	436	343	x	465	413

則x=___________________。

（2）在一容積可變的密閉容器中，1molCO與2molH2發生反應：CO（g）+2H2(g） CH3OH(g) ，

CO在不同溫度下的平衡轉化率（α）與壓強的關系如圖所示。
①a、b兩點的反應速率：v(b)____v(a)（填“>”、“<”或“=”）。②該反應的△S______0，圖中的T1______T2（填“>”、“<”或“=”）。

③該合成反應的溫度一般控制在240～270℃，選擇此溫度范圍的原因是：

I．此溫度范圍下的催化劑活性高；

II．______________________________________________________。

④圖中a點的壓強平衡常數KP=_______________(KPa)－2（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）。

（3）利用合成氣（主要成分為CO和H2）合成甲醇，發生主要反應如下：

I：CO（g）+2H2(g）CH3OH(g) H1

II：CO2(g)＋H2(g) CO(g) + H2O(g) H2

III：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) H3

上述反應對應的平衡常數分別為K1、K2、K3，它們隨溫度變化曲線如下圖所示。

則H1___________H3（填“>”、“<”或“=”）， 理由是__________________________。

Answer 1

【答案】 1076 ＞ < < 溫度低于240℃，反應速率太慢；同時該反應為放熱反應，溫度高于270℃，化學平衡逆向移動，轉化率降低（其他合理答案均可） 1.6×10－7 ＜ 由圖可知，隨著溫度升高，K2減小，則△H2＞0，根據蓋斯定律又得△H3＝△H1＋△H2，所以△H1＜△H3

【解析】(1)反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，則△H=2×436+x-343-413×3-465=-99，解得x=1076；故答案為：1076；

(2)①壓強越大反應速率越快，所以a、b兩點的反應速率：v(b)＞v(a)；故答案為：＞；

②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H= —99kJ·mol—1，反應中氣體的物質的量減少，△S＜0，該反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO的平衡轉化率減小，故Tl＜T2；故答案為：＜；＜；

③該合成反應的溫度一般控制在240～270℃，選擇此溫度范圍的原因有此溫度范圍下的催化劑活性高；溫度低于240℃，反應速率太慢；同時該反應為放熱反應，溫度高于270℃，化學平衡逆向移動，轉化率降低，故答案為：溫度低于240℃，反應速率太慢；同時該反應為放熱反應，溫度高于270℃，化學平衡逆向移動，轉化率降低；

④a點的一氧化碳轉化率為50%，總壓為0.5MPa，

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始量(mol)1 2 0

變化量(mol)x 2x x

平衡量(mol)1-x 2-2x x

而一氧化碳轉化率為50%，所以x=0.5mol，Kp==1.6×10-7；故答案為：1.6×10-7；

(3)由圖可知，隨著溫度升高，K2減小，則△H2＞0，根據蓋斯定律又得△H3=△H1+△H2，所以△H1＜△H3；故答案為：＜；由圖可知，隨著溫度升高，K2減小，則△H2＞0，根據蓋斯定律又得△H3=△H1+△H2，所以△H1＜△H3。