Question

【題目】在鈀基催化劑表面上，甲醇制氫的反應歷程如圖所示，其中吸附在鈀催化劑表面上的物種用*標注。

（1）的△H=_____________kJ·mol－1；該歷程中最大能壘(活化能)E正=____________kJ·mol－1，寫出該步驟的化學方程式_________________。

（2）在一定溫度下，CO和H2混合氣體發生反應：，反應速率υ=υ正－υ逆=k正c(CO)·c2(H2)－k逆c(CH3OH)，k正、k逆分別為正、逆反應速率常數。達到平衡后，若加入高效催化劑，將___________(填“增大”、“減小”或“不變”)；若升高溫度，將____________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

（3）353K時，在剛性容器中充入CH3OH(g)，發生反應：。體系的總壓強p隨時間t的變化如表所示：

t/min	0	5	10	15	20	∞
p/kPa	101.2	107.4	112.6	116.4	118.6	121.2

①若升高反應溫度至373K，則CH3OH(g)分解后體系壓強p∞(373K)___________121.2kPa(填“大于”、“等于”或“小于”)，原因是________________________。

②353K時，該反應的平衡常數KP=__________(kPa)2(KP為以分壓表示的平衡常數，計算結果保留1位小數)。

Answer 1

【答案】+97.9 179.6 CO*+4H*=CO*+2H2(g)或4H*=2H2(g) 不變 減小 大于 CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的正反應為氣體體積增大的吸熱反應，溫度升高，平衡右移，氣體物質的量增加，容器體積不變，總壓強變大 43.9

【解析】

(1)根據△H=生成物總能量-反應物總能量分析判斷，根據圖像，反應歷程中活化能最大的為CO+4H階段；

(2)平衡時正逆反應速率相等，催化劑可加快反應速率，但不影響平衡移動；根據(1)中分析CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的正反應為吸熱反應，則CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動；

(3)①反應CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的正反應為氣體體積增大的吸熱反應，根據外界條件對該平衡體系的影響分析判斷；

②根據相同條件下，物質的量之比等于壓強之比，結合三段式計算解答。

(1)根據圖像顯示，甲醇的相對能量為0，生成物相對能量為97.9 kJ·mol－1，根據△H=生成物總能量-反應物總能量，則的△H=+97.9kJ·mol－1；根據圖像可以看出，CO+4H= CO+2H2(g)(或4H*=2H2(g))反應歷程中活化能E正最大為113.9kJ/mol-(-65.7kJ/mol)=179.6 kJ·mol－1；

(2)平衡時正逆反應速率相等，即υ正= υ逆，則=1，反應速率υ=υ正－υ逆=k正c(CO)·c2(H2)－k逆c(CH3OH)=0，則該反應的平衡常數K==，催化劑可加快反應速率，但不影響平衡移動，正逆反應速率仍相等則不變；根據(1)中分析CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的正反應為吸熱反應，則CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的正反應為放熱反應，升高溫度反應逆向移動，平衡常數K減小，則將減小；

(3)①反應CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的正反應為氣體體積增大的吸熱反應，溫度升高，平衡右移，氣體物質的量增加，容器體積不變，總壓強變大，則升高反應溫度至373K，則CH3OH(g)分解后體系壓強p∞(373K)大于121.2kPa；

②353K時，初始時平衡體系總壓強為101.2 kPa，平衡時體系總壓強為121.2kPa，設初始投入CH3OH(g)為1mol，平衡時消耗CH3OH(g)的物質的量為x，列“三段式”：

根據相同條件下，物質的量之比等于壓強之比，則，解得x=mol，則平衡時，H2的物質的量為mol，CH3OH的物質的量為()mol，CO的物質的量為mol，平衡時的總物質的量為mol，該反應的平衡常數KP==43.9(kPa)2。