Question

工業上常利用CO和H₂合成可再生能源甲醇。
（1）已知CO(g)、CH₃OH(l)的燃燒熱分別為283.0 kJ·mol^-1和726.5 kJ·mol^-1，則CH₃OH(l)不完全燃燒生成CO(g)和H₂O(l)的熱化學方程式為                       。
（2）合成甲醇的方程式為CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)    ΔH <0。
在230 ℃?270 ℃最為有利。為研究合成氣最合適的起始組成比n(H₂):n(CO)，分別在230 ℃、250 ℃和270 ℃進行實驗，結果如下左圖所示。其中270 ℃的實驗結果所對應的曲線是_____（填字母）；當曲線X、Y、Z對應的投料比達到相同的CO平衡轉化率時，對應的反應溫度與投較比的關系是                    。

（3）當投料比為1∶1，溫度為230 ℃，平衡混合氣體中，CH₃OH的物質的量分數為        （保留1位小數）；平衡時CO的轉化率           。

Answer 1

（1）CH₃OH (l) + O₂(g) =" CO(g)" + 2H₂O(l)  ΔH=－443.5 kJ·mol^-1
（2） Z   投料比越高，對應的反應溫度越高    （3）33.3%   40%

試題分析：(1)CO(g)燃燒的熱化學方程式為CO(g)+1/2 O₂(g)= CO₂(g) ΔH=" —283.0" kJ/mol ; ① CH₃OH(l) 燃燒的熱化學方程式為CH₃OH(l) +3/2 O₂(g)= CO₂(g)+ + 2H₂O(l) ΔH=" —726.5" kJ/mol; ②. ②-①整理可得：CH₃OH (l) + O₂(g) =" CO(g)" + 2H₂O(l)  ΔH=－443.5 kJ/mol.(2) 合成甲醇的方程式為CO(g)+2H₂(g)  CH₃OH(g)  ΔH <0。由于該反應的正反應為放熱反應，所以當反應達到平衡后，當n(H₂)/n(CO)不變時，升高溫度，化學平衡吸熱反應 (即逆反應) 方向移動，CO的轉化率降低，甲醇的產率也減小。因此這三個曲線中Z對應的是270 ℃的實驗結果。這對合成甲醇的產率來說不利。但是溫度過低，雖然產率高了，但反應速率太低，達到平衡所需要的時間太長，效率也不高。因此綜上所述常采用在230 ℃?270 ℃最為有利。根據平衡移動原理，在其它條件不變時，增加某種反應物的濃度，能使平衡正向移動，使其它反應物的轉化率提高，而其本身的轉化率降低。當曲線X、Y、Z對應的投料比達到相同的CO平衡轉化率時，對應的反應溫度與投較比的關系是投料比越高，對應的反應溫度越高。（3）n(H₂)/n(CO)=1:1，假設n(H₂)= n(CO)=1mol,有圖像可知在230 ℃，當反應達到平衡時CO的轉化率為40%，，根據反應的方程式CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)可知：此時n(CO)="0.6mol," n(H₂)=0.2mol，n(CH₃OH) ="0.4mol," 在平衡混合氣體中，CH₃OH的物質的量分數為：0.4mol÷(0.6mol+0.2mol+0.4mol)×100%= 33.3%.