Question

10．甲醇是重要的化工原料，又是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．
（1）已知反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ．mol^-1中的相關(guān)化學(xué)鍵鍵能如下：

化學(xué)鍵	H-H	C-O	C≡C	H-O	C-H
E/（KJ．mol-1）	436	343	x	465	413

則x=1076．
（2）在一容積可變的密閉容器中，1molCO與2molH₂發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$ CH₃OH（g）
△H₁＜0，CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示．
 ①a、b兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：v（a）＜v（b）（填“＞”、“＜”、“=”）
 ②T₁＜T₂ （填“＞”、“＜”、“=”），原因是而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故T_l＜T₂．
 ③在c點(diǎn)條件下，下列敘述能說明上述反應(yīng)能達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是bc（填代號(hào)）
a．H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍
b．CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)不再改變
c．混合氣體的密度不再改變
d．CO和CH₃OH的物質(zhì)的量之和保持不變
 ④計(jì)算圖1中a點(diǎn)的平衡常數(shù)K_P=1.6×10^-7（kPa）^-2（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）．

（3）利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）合成甲醇，發(fā)生的主要反應(yīng)如下：
I：CO（g）+2H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$ CH₃OH（g）△H₁
Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$ CO（g）+H₂O（g）△H₂
Ⅲ：CO₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$ CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
上述反應(yīng)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K₁、K₂、K₃，它們隨溫度變化的曲線如圖2所示．則△H₁＞△H₃（填“＞”、“＜”、“=”），理由是曲圖l可知，隨著溫度升高，K₁減小，則△H₁＜0，根據(jù)蓋斯定律又得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＞△H₃．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)焓變=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和計(jì)算；
（2）①壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越快，所以a、b兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：v（a）＜v（b）；
 ②壓強(qiáng)相同時(shí)一氧化碳的轉(zhuǎn)化率高，所以平衡正向移動(dòng)，而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故T_l＜T₂；
 ③達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是各物質(zhì)的濃度不變，正逆反應(yīng)速率相等；
④結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算平衡物質(zhì)的物質(zhì)的量，用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；
（3）反應(yīng)1、2、3其對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K₁、K₂、K₃，根據(jù)圖1它們隨溫度變化的曲線結(jié)合蓋斯定律進(jìn)行分析解答．

解答 解：（1）反應(yīng)焓變=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和，即CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），x+2×436-413×3-343-465=-99，解之得x=1076，故答案為：1076；
（2）①壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越快，所以a、b兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：v（a）＜v（b），故答案為：＜；
 ②壓強(qiáng)相同時(shí)一氧化碳的轉(zhuǎn)化率高，所以平衡正向移動(dòng)，而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故T_l＜T₂，故答案為：＜；
而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故T_l＜T₂； 
③a．只要反應(yīng)發(fā)生就有H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍，故錯(cuò)誤；
b．CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)不再改變，說明各物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
c．混合氣體的密度不再改變，說明氣體的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
d．CO和CH₃OH的物質(zhì)的量之和保持不變，可能平衡也可能未平衡，故錯(cuò)誤；
故選bc；
④a點(diǎn)的一氧化碳轉(zhuǎn)化率為50%，總壓為0.5MPa，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）    1      2          0
變化量（mol）   x       2x         x
平衡量（mol）  1-x     2-2x        x
而一氧化碳轉(zhuǎn)化率為50%，所以x=0.5mol，Kp═$\frac{\frac{0.5}{2}×0.5}{\frac{0.5}{2}×0.5×（\frac{1}{2}×0.5）^{2}}$=1.6×10^-7 （kPa）^-2，故答案為：1.6×10^-7 （kPa）^-2；
（3）由圖l可知，隨著溫度升高，K₁減小，則反應(yīng)1：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₁＜0，反應(yīng)3由反應(yīng)1+2所得，根據(jù)蓋斯定律：△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＞△H₃，
故答案為：＞；曲圖l可知，隨著溫度升高，K₁減小，則△H₁＜0，根據(jù)蓋斯定律又得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＞△H₃．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡圖象、影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡常數(shù)等，難度中等，注意利用“定一議二”原則分析和化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算．