Question

（2009?深圳二模）甲醇合成反應為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）工業(yè)上用天然氣為原料，分為兩階段：
Ⅰ、制備合成氣：CH₄+H₂O（g）?CO+3H₂．為解決合成氣中H₂過量CO不足問題，原料氣中添加CO₂：
CO₂+H₂=CO+H₂O．為了使合成氣配比最佳，理論上原料氣中甲烷與二氧化碳體積比為

3：1

．
Ⅱ、合成甲醇：
（1）反應過程中物質能量變化如圖所示．寫出合成甲醇的熱化學方程式

CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-（b-a）kJ/mol

．
實驗室在1L密閉容器中進行模擬合成實驗．將1molCO和2molH2通入容器中，分別恒溫在300℃和500℃反應，每隔一定時間測得容器中甲醇的濃度如下：

	10min	20min	30min	40min	50min	60min
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℃反應開始10分鐘內，H₂的平均反應速率

0.080mol/（L?min）

．
（3）500℃平衡常數(shù)K=

25

．
（4）在另一體積不變的容器中，充入1.2molCO和2.0molH₂，一定條件下達到平衡，測得容器內壓強為起始的一半．計算該條件下H₂轉化率．（寫出計算過程）

Answer 1

分析：Ⅰ、由CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）可知，理論上一氧化碳與氫氣按n（CO）：n（H₂）=1：2進行反應，由方程式知1mol甲烷生成1molCO與3molH₂，H₂過量1mol，過量的氫氣由二氧化碳反應，根據(jù)方程式可知1molH₂需二氧化碳

1

3

mol，據(jù)此計算．
Ⅱ、（1）由反應過程中物質能量變化圖可知，1molCO（g）與2molH₂（g）完全反應生成1molCH₃OH（g）放出熱量為（b-a）kJ，結合熱化學方程式書寫規(guī)則書寫．
（2）由表可知10min內，甲醇的濃度變化為0.40mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（H₂）．
（3）由表可知40min時，反應達平衡狀態(tài)，甲醇的平衡濃度為0.80mol/L．CO的起始濃度為1mol/L、H₂的起始濃度為2mol/L，根據(jù)三段式計算出平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算．
（4）測得平衡時容器內壓強為起始的一半，則平衡時混合氣體的總物質的量為（1.2mol+2mol）×

1

2

=1.6mol，根據(jù)方程式利用差量法計算轉化的一氧化碳的物質的量，轉化的氫氣的物質的量是一氧化碳的2倍，再利用轉化率定義計算．

解答：解：Ⅰ、由CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）可知，理論上一氧化碳與氫氣按n（CO）：n（H₂）=1：2進行反應，由反應CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）可知1mol甲烷生成1molCO與3molH₂，H₂過量1mol，過量的氫氣由二氧化碳反應，根據(jù)反應CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）可知1molH₂需二氧化碳

1

3

mol，所以理論上原料氣中甲烷與二氧化碳體積比為1mol：

1

3

mol=3：1．
故答案為：3：1．
Ⅱ、（1）由反應過程中物質能量變化圖可知，1molCO（g）與2molH₂（g）完全反應生成1molCH₃OH（g）放出熱量為
（b-a）kJ，所以合成甲醇的熱化學方程式為CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）△H=-（b-a）kJ/mol．
故答案為：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）△H=-（b-a）kJ/mol．
（2）由表可知10min內，甲醇的濃度變化為0.40mol/L，所以v（CH₃OH）=

0.4mol/L

10min

=0.040mol/（L?min），速率之比等于化學計量數(shù)之比，所以v（H₂）=2v（CH₃OH）=2×0.040mol/（L?min）=0.080mol/（L?min）．
故答案為：0.080mol/（L?min）．
（3）由表可知40min時，反應達平衡狀態(tài)，甲醇的平衡濃度為0.80mol/L，CO的起始濃度為1mol/L、H₂的起始濃度為2mol/L，所以：
               CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）
開始（mol/L）：1        2                0
變化（mol/L）：0.8     1.6              0.8  
平衡（mol/L）：0.2     0.4              0.8
所以500℃平衡常數(shù)k=

0.8

0.2×0.42

=25
故答案為：25
（4）充入1.2molCO₂和2.0molH₂，一定條件下達到平衡，測得容器內壓強為起始的一半，則平衡時混合氣體的總物質的量為（1.2mol+2mol）×

1

2

=1.6mol，令轉化的一氧化碳的物質的量為xmol，則：
CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）物質的量變化△n
1       2                                2
x       2x                       1.2mol+2mol-1.6mol=1.6mol
所以x=0.8mol
所以氫氣的轉化率為

0.8mol×2

2mol

=80%．
答：氫氣的轉化率為80%．

點評：考查熱化學方程式、化學平衡的計算等，是對所學知識的直接運用，難度中等，旨在考查學生對基礎知識的掌握．