Question

【題目】甲醇是一種可再生的清潔能源，具有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景。

（1）已知 ①CH3OH(g)+H2O(l)=CO2(g)+3H2(g) ΔH= + 93.0kJ·mol－1

②CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2(g) ΔH=－192.9 kJ·mol－1

③甲醇的燃燒熱為726.51kJ·mol-1。

要寫出表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式，還缺少的熱化學(xué)方程式為________________。

（2）甲醇可采用煤的氣化、液化制取(CO+2H2CH3OH ΔH<0)。在T1℃時(shí)，體積為2L的恒容容器中充入物質(zhì)的量之和為3mol的H2和CO，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CH3OH的體積分?jǐn)?shù)(V%)與的關(guān)系如圖所示。

①當(dāng)起始=2，經(jīng)過5min達(dá)到平衡，0~5min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H2)=0.1molL-1min-1，則該條件CO的平衡轉(zhuǎn)化率為_____；若其它條件不變，在T2℃(T2>T1)下達(dá)到平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)可能是____(填標(biāo)號)

A.< B.= C.~ D.= E.>

②當(dāng)=3.5時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)后，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)可能是圖象中的____點(diǎn)選填“D”、“E”或“F”)。

（3）制甲醇的CO和H2可用天然氣來制�。�CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)。在某一密閉容器中有濃度均為0.1mol·L1的CH4和CO2，在一定條件下反應(yīng)，測得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示，則該反應(yīng)的ΔH______(選填“大于”“小于”或“等于”）0。壓強(qiáng)p1_______(選填“大于”或“小于”)p2。當(dāng)壓強(qiáng)為p2時(shí)，在y點(diǎn)：v(正)__________(選填“大于”“小于”或“等于”)v(逆)。若p2=6Mpa，則T℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_____MPa2（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)）。

（4）研究表明：CO2和H2在一定條件下也可以合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) [反應(yīng)Ⅰ]。

①一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入2.0mol CO2和4.0mol H2，在不同催化劑作用下合成甲醇，相同時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如下圖所示，其中活化能最高的反應(yīng)所用的催化劑是____(填“A”、“B”或“C”)。

②在某催化劑作用下，CO2和H2除發(fā)生反應(yīng)①外，還發(fā)生如下反應(yīng)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)[反應(yīng)Ⅱ]。維持壓強(qiáng)不變，按固定初始投料比將CO2和H2按一定流速通過該催化劑，經(jīng)過相同時(shí)間測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

T(K)	CO2實(shí)際轉(zhuǎn)化率（%）	甲醇選擇性（%）
543	12.3	42.3
553	15.3	39.1

注：甲醇的選擇性是指發(fā)生反應(yīng)的CO2中轉(zhuǎn)化為甲醇的百分比。

表中數(shù)據(jù)說明，升高溫度，CO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率提高而甲醇的選擇性降低，其原因是_________。

Answer 1

【答案】CH3OH(g)=CH3OH(l) △H=38.19kJ/mol 50% C D ＞ ＜ ＞ 16 C 升高溫度，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的反應(yīng)速率均加快，但反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)速率變化更大

【解析】

(1)根據(jù)題意，甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式：CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=726.51kJmol1，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；

(2)①根據(jù)氫氣的平衡反應(yīng)速率，計(jì)算氫氣的濃度變化量，進(jìn)而計(jì)算CO轉(zhuǎn)化率；CO+2H2CH3OH ΔH＜0反應(yīng)放熱，根據(jù)溫度對化學(xué)平衡移動(dòng)的影響分析；

②當(dāng)=2：1時(shí)，平衡時(shí)生成物的含量最大，當(dāng)=3.5時(shí)，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)小于最大值；

(3)根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素分析即可；根據(jù)圖像，結(jié)合“三段式”計(jì)算平衡常數(shù)；

(4)①在T1溫度下，相同時(shí)間內(nèi)，活化能越高，反應(yīng)越困難，CO2轉(zhuǎn)化率最小；

②表格數(shù)據(jù)表明，升高溫度，可能升高溫度，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的反應(yīng)速率都加快，但反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)速率變化更大。

(1)已知 ①CH3OH(g)+H2O(l)=CO2(g)+3H2(g) ΔH= + 93.0kJ·mol－1

②CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2(g) ΔH=－192.9 kJ·mol－1

③CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=726.51kJmol1，

根據(jù)蓋斯定律②×3-①×2-③可得：CH3OH(g)=CH3OH(l) △H=38.19kJ/mol；

(2)①0～5min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H2)=0.1molL-1min-1，根據(jù)c(H2)= v(H2)×t=0.1molL-1min-1×5min=0.5mol/L，根據(jù)CO+2H2CH3OH，CO的濃度變化量=0.25mol/L，H2和CO總共為3mol，且起始=2：1，可知H2為2mol、CO為1mol，平衡時(shí)H2為1mol，CO為0.5mol，CH3OH為0.5mol，則該條件CO的平衡轉(zhuǎn)化率=×100%=50%，相同條件下，體積之比等于物質(zhì)的量之比，此時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)為=；CO+2H2CH3OH ΔH＜0反應(yīng)放熱，其它條件不變，在T2℃(T2＞T1)時(shí)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，氫氣的含量增大，體積分?jǐn)?shù)增大；

②混合比例等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí)，平衡時(shí)生成物的含量最大，故當(dāng)=3.5時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)后，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)小于C點(diǎn)，故選D；

(3)由圖象可知，升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率增大，即升高溫度，平衡向正方向移動(dòng)，所以反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即△H＞0；由圖象可得，在相同溫度下，pl時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率大于p2時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率，該反應(yīng)的正反應(yīng)方向?yàn)闅怏w體積增大的方向，壓強(qiáng)越大CO的轉(zhuǎn)化越小，則pl＜p2；當(dāng)壓強(qiáng)為p2時(shí)，y點(diǎn)CO的轉(zhuǎn)化率小于平衡x點(diǎn)的CO的轉(zhuǎn)化率，則y點(diǎn)反應(yīng)正向進(jìn)行，即，在y點(diǎn)，v(正)＞v(逆)；根據(jù)圖像，當(dāng)壓強(qiáng)為p2時(shí)，甲烷的轉(zhuǎn)化率為50%，列“三段式”：

若p2=6Mpa，平衡時(shí)，各物質(zhì)的總物質(zhì)的量為0.05+0.05+0.1+0.1=0.3mol，則T℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp==16MPa2；

(4)①如圖所示，在T1溫度下，相同時(shí)間內(nèi)，催化劑A作用下的轉(zhuǎn)化率最大，催化劑C的作用下的轉(zhuǎn)化率最小，活化能越高，反應(yīng)越困難，CO2轉(zhuǎn)化率越低，故答案選C；

②表格數(shù)據(jù)表明，可能升高溫度，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的反應(yīng)速率都加快，但反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)速率變化更大，因此，甲醇的選擇性降低，其原因是升高溫度，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的反應(yīng)速率均加快，但反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)速率變化更大。