Question

【题目】甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，发生的主反应如下：

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

回答下列问题：

（1）已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

由此计算△H1=kJ.mol-1，

已知：△H2=-58kJ.mol-1，则△H3=kJ.mol-1

(2)反应①的化学平衡常数K的表达式为_____________；图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为____________(填曲线标记字母)，其判断理由是____________。

(3)合成气的组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时体系中的CO平衡转化率(a)与温度和压强的关系如图2所示。a(CO)值随温度升高而_____________(填“增大”或“减小”)，其原因是_____________。图2中的压强由大到小为___________，其判断理由是____________。

Answer 1

【答案】

(1)—99；＋41

(2)；a；反应①为放热反应，平衡常数应随温度升高变小；

(3)减小；升高温度时，反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低；P3＞P2＞P1；相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高。

【解析】

试题分析：(1)反应热=反应物总键能-生成物总键能，故△H1=1076 kJ．mol-1 + 2 × 436 kJ．mol-1-(3 × 413 + 343 + 465) kJ．mol-1 = -99 kJ．mol-1；根据盖斯定律：反应②-反应①=反应③，故△H3=△H2-△H1=-58kJ．mol-1-(-99kJ．mol-1)=+41kJ．mol-1，故答案为：-99；+41；

(2)反应①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数表达式K=；反应①正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，曲线a正确反映平衡常数K随温度变化关系，故答案为：；a；反应①正反应为放热反应，平衡常数随温度升高而减小；

(3)由图可知，压强一定时，随温度的升高，CO的转化率减小，反应①正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡体系中CO的量增大，反应③为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，又使平衡体系中CO的增大，总结果，随温度升高，CO的转化率减小；相同温度下，反应③前后气体分子数不变，压强改变不影响其平衡移动，反应①正反应为气体分子数减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故增大压强有利于CO的转化率升高，故压强：P1＞P2＞P3，故答案为：减小；反应①正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡体系中CO的量增大，反应③为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，又使平衡体系中CO的增大，总结果，随温度升高，CO的转化率减小；P1＞P2＞P3；相同温度下，反应③前后气体分子数不变，压强改变不影响其平衡移动，反应①正反应为气体分子数减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故增大压强有利于CO的转化率升高。