Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，又可稱為燃料。利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發生的主反應如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) △H2

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3

回答下列問題：

（1）已知反應①中的相關的化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	H—H	C—O	C O	H—O	C—H
E/（kJ.mol-1）	436	343	1076	465	413

由此計算△H1＝ kJ·mol-1，已知△H2＝-58kJ·mol-1，則△H3＝ kJ·mol-1。

（2）反應①的化學平衡常數K的表達式為 ；圖1中能正確反映平衡常數K隨溫度變化關系的曲線為 （填曲線標記字母），其判斷理由是 。

（3）合成氣的組成n(H2)/n(CO+CO2)＝2.60時，體系中的CO平衡轉化率（α）與溫度和壓強的關系如圖2所示。α（CO）值隨溫度升高而 （填“增大”或“減小”），其原因是 。圖2中的壓強由大到小為_____，其判斷理由是_____。

Answer 1

【答案】（1）—99；＋41（2）；a；反應①為放熱反應，平衡常數應隨溫度升高變小；（3）減小；升高溫度時，反應①為放熱反應，平衡向向左移動，使得體系中CO的量增大；反應③為吸熱反應，平衡向右移動，又產生CO的量增大；總結果，隨溫度升高，使CO的轉化率降低；P3＞P2＞P1；相同溫度下，由于反應①為氣體分子數減小的反應，加壓有利于提升CO的轉化率；而反應③為氣體分子數不變的反應，產生CO的量不受壓強影響，故增大壓強時，有利于CO的轉化率升高

【解析】（1）反應熱等于斷鍵吸收的能量與形成化學鍵所放出的能量的差值，則根據表中數據和反應的化學方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知反應熱△H1＝1076kJ/mol＋2×436 kJ/mol—3×413 kJ/mol—343 kJ/mol—465 kJ/mol＝—99kJ.mol-1。根據蓋斯定律可知②—①即可得到反應③，則△H3＝—58 kJ/mol＋99 kJ/mol＝＋41kJ.mol-1。

（2）化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，則反應①的化學平衡常數K的表達式為；由于正方應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，因此a正確。

（3）反應①為放熱反應，升高溫度時，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應③為吸熱反應，平衡向右移動，又產生CO的量增大；因此最終結果是隨溫度升高，使CO的轉化率降低；相同溫度下，由于反應①為氣體分子數減小的反應，加壓有利于提升CO的轉化率；而反應③為氣體分子數不變的反應，產生CO的量不受壓強影響，故增大壓強時，有利于CO的轉化率升高，所以圖2中的壓強由大到小為P3＞P2＞P1。