Question

（共10分）甲醇合成反应及其能量变化如图所示：

（1）写出合成甲醇的热化学方程式________________________________。

实验室在1 L的密闭容器中进行模拟合成实验。将1 mol CO和2 mol H₂通入容器中，分别恒温在300 ℃和500 ℃反应，每隔一段时间测得容器内CH₃OH的浓度如下表所示：

时间浓度(mol/L)温度	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 ℃反应开始10 min内，H₂的平均反应速率为v(H₂)＝________。

（3）在500 ℃达到平衡时，平衡常数K＝________。

（4）在另一体积不变的密闭容器中，充入1.2 mol CO和2.0 mol H₂，一定条件下达到平衡，测得容器中压强为起始压强的一半。计算该条件下H₂的转化率为________。

（5）铜基催化剂具有活性高、选择性好和条件温和的特点，已广泛地使用于CO/CO₂的加氢合成甲醇。该反应中a的大小对反应热ΔH有无影响，___________________________。

 

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）无影响　

【解析】（1）根据图像可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，因此是放热反应，反应热ΔH＝－(b－a) kJ·mol^－1，所以热化学方程式是CO(g)＋2H₂(g)=CH₃OH(g)  ΔH＝－(b－a) kJ·mol^－1。

（2）10min时甲醇的浓度是0.4mol/，所以根据化学方程式可知，消耗氢气是0.8mol/L，则氢气的反应速率是0.8mol/L÷10min＝0.08 mol/(L·min) 。

（3）在500 ℃达到平衡时，甲醇的物质的量浓度是0.8mol/L，所以消耗CO和氢气分别是0.8mol/L和1.6mol/L，则平衡时氢气和CO的浓度分别是0.4mol/L和0.2mol/L，则该温度下反应的平衡常数是。

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

起始量（mol）        1.2     2        0

转化量（mol）        x       2x       x

平衡量（mol）     1.2－x    2－2x     x

则1.2－x＋2－2x＋x＝3.2÷2

解得2x＝1.6mol

所以氢气的转化率是2x÷2＝0.8，即80％。

（5）反应热只与反应物和生成物能量的相对大小有关系，和其余条件都是无关系的。