Question

【題目】以天然氣為原料合成甲醇常見的方法有水煤氣法和目前正在開發的直接氧化法．
（1）有關熱化學方程式如下： 水煤氣法：CH4（g）+ O2（g）═CO（g）+2H2O（g）△H1=﹣35.4KJmol﹣1
CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H2=﹣90.1KJmol﹣1
直接氧化法：
2CH4（g）+O2（g）2CH3OH（g）△H3=KJmol﹣1 ．
（2）工業廢氣二氧化碳催化加氫也可合成甲醇：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H．在密閉容器中投入1molCO2和2.75molH2 ， 在不同條件下發生反應，實驗測得平衡時甲醇的物質的量隨溫度、壓強的變化如圖所示． ①二氧化碳合成甲醇正反應的△H（填“＞”“＜”或“=”，下同）0．
②M、N兩點時化學反應速率：v（M）v（N）．
③為提高CO2的轉化率除可改變溫度和壓強外，還可采取的措施是 ．
④圖中M點時，容器體積為10L，則N點對應的平衡常數K=（填數值，保留2位小數）．
（3）一定條件下，向容積不變的某密閉容器中加入amolCO2和bmolH2發生反應：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），欲使整個反應過程中CO2的體積分數為恒定值，則a與b的關系是 ．

Answer 1

【答案】
（1）﹣251
（2）＜；＜；增大 的值；1.04
（3）a=b
【解析】解：（1）已知：①CH4（g）+ O2（g）═CO（g）+2H2（g）△H1=﹣35.4kJmol﹣1 ， ②CO（g）+2H2（g）CH3OH （g）△H2=﹣90.1kJmol﹣1 ， 根據蓋斯定律，（①+②）×2可得：2CH4（g）+O2（g）2CH3OH（g），故△H3=2△H1+2△H2=2×（﹣35.4kJmol﹣1﹣90.1kJmol﹣1）=﹣251kJmol﹣1 ，
所以答案是：﹣251；（2）①由圖可知，壓強一定時，溫度越高，CH3OH的物質的量越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，故△H＜0，
所以答案是：＜；②正反應為氣體體積減小的反應，溫度一定時，增大壓強，平衡向正反應方向移動，甲醇的物質的量增大，故壓強P1＞P2 ， 壓強增大，反應速率也增大，所以v（N）＜v（M），
所以答案是：＜；③在可逆反應中，增加一種反應物濃度可以提高另一反應物的轉化率，所以為提高CO2的轉化率除可改變溫度和壓強外，還可采取的措施是增大 的值，
所以答案是：增大 的值；④圖中M、N點溫度相同，平衡常數相同，M點時，容器體積為10L，平衡時CH3OH的物質的量為0.25mol，則：

	CO2（g）+	3H2（g）	CH3OH（g）+	H2O（g）
起始（mol/L）：	0.1	0.275	0	0
變化（mol/L）：	0.025	0.075	0.025	0.025
平衡（mol/L）：	0.075	0.2	0.025	0.025

故平衡常數K= = =1.04，
所以答案是：1.04；（3）設轉化的二氧化碳的物質的量為x，則：

	CO2（g）+	3H2（g）	CH3OH（g）+	H2O（g）
起始（mol/L）：	A	b	0	0
變化（mol/L）：	X	3x	X	X
平衡（mol/L）：	a-x	b-3x	x	X

則CO2的體積分數為 ，要使 為恒定的值，則a=b，
所以答案是：a=b．
【考點精析】掌握化學平衡狀態本質及特征和化學平衡的計算是解答本題的根本，需要知道化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）；反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%．