Question

9．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(fā)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(guān)的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如表：

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=-99kJ•mol^-1，已知△H₂=-58kJ•mol^-1，則△H₃=+41kJ•mol^-1
（2）反應①的化學平衡常數(shù)K的表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；圖1中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為a（填曲線標記字母）．

（3）合成氣的組成$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO+C{O}_{2}）}$=2.60時體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率（a）與溫度和壓強的關(guān)系如圖2所示．a(chǎn)（CO）值隨溫度升高而減小（填“增大”或“減小”），圖2中的壓強由大到小為P₃＞P₂＞P₁．

Answer 1

分析 （1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能；根據(jù)蓋斯定律：反應②-反應①=反應③，反應熱也進行相應的計算；
（2）化學平衡常數(shù)指可逆反應得到平衡時，各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
（3）由圖可知，壓強一定時，隨溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，根據(jù)升高溫度對反應①、③的影響，進行分析CO轉(zhuǎn)化率變化原因；
相同溫度下，反應③前后氣體分子數(shù)不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子式減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大．

解答 解：（1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，故△H₁=1076kJ．mol^-1+2×436kJ．mol^-1-（3×413+343+465）kJ．mol^-1=-99kJ．mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律：反應②-反應①=反應③，故△H₃=△H₂-△H₁=-58kJ．mol^-1-（-99kJ．mol^-1）=+41kJ．mol^-1，
故答案為：-99；+41；
（2）反應①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
反應①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)減小，曲線a正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系，
故答案為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；a；
（3）由圖可知，壓強一定時，隨溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小，反應①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應③為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結(jié)果，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減��；
相同溫度下，反應③前后氣體分子數(shù)不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子數(shù)減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故增大壓強有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高，故壓強：P₃＞P₂＞P₁，
故答案為：減小；P₃＞P₂＞P₁．

點評 本題考查反應熱有關(guān)計算、平衡常數(shù)及其影響因素、化學平衡的影響因素、化學平衡圖象綜合應用等，側(cè)重考查學生分析計算能力，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．