Question

（共10分）甲醇合成反應及其能量變化如圖所示：

（1）寫出合成甲醇的熱化學方程式________________________________。

實驗室在1 L的密閉容器中進行模擬合成實驗。將1 mol CO和2 mol H₂通入容器中，分別恒溫在300 ℃和500 ℃反應，每隔一段時間測得容器內CH₃OH的濃度如下表所示：

時間濃度(mol/L)溫度	10 min	20 min	30 min	40 min	50 min	60 min
300 ℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500 ℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

（2）在300 ℃反應開始10 min內，H₂的平均反應速率為v(H₂)＝________。

（3）在500 ℃達到平衡時，平衡常數K＝________。

（4）在另一體積不變的密閉容器中，充入1.2 mol CO和2.0 mol H₂，一定條件下達到平衡，測得容器中壓強為起始壓強的一半。計算該條件下H₂的轉化率為________。

（5）銅基催化劑具有活性高、選擇性好和條件溫和的特點，已廣泛地使用于CO/CO₂的加氫合成甲醇。該反應中a的大小對反應熱ΔH有無影響，___________________________。

 

Answer 1

【答案】

（每空2分，共10分）

（1）CO(g)＋2H₂(g)=CH₃OH(g)  ΔH＝－(b－a) kJ·mol^－1

（2）0.08 mol/(L·min)

（3）25

（4）80% 

（5）無影響　

【解析】（1）根據圖像可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，因此是放熱反應，反應熱ΔH＝－(b－a) kJ·mol^－1，所以熱化學方程式是CO(g)＋2H₂(g)=CH₃OH(g)  ΔH＝－(b－a) kJ·mol^－1。

（2）10min時甲醇的濃度是0.4mol/，所以根據化學方程式可知，消耗氫氣是0.8mol/L，則氫氣的反應速率是0.8mol/L÷10min＝0.08 mol/(L·min) 。

（3）在500 ℃達到平衡時，甲醇的物質的量濃度是0.8mol/L，所以消耗CO和氫氣分別是0.8mol/L和1.6mol/L，則平衡時氫氣和CO的濃度分別是0.4mol/L和0.2mol/L，則該溫度下反應的平衡常數是。

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

起始量（mol）        1.2     2        0

轉化量（mol）        x       2x       x

平衡量（mol）     1.2－x    2－2x     x

則1.2－x＋2－2x＋x＝3.2÷2

解得2x＝1.6mol

所以氫氣的轉化率是2x÷2＝0.8，即80％。

（5）反應熱只與反應物和生成物能量的相對大小有關系，和其余條件都是無關系的。