Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下可合成甲醇。

（1）已知在常溫常壓下：

①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1) △H1=－Q1kJ·mol-1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2 (g) △H2=－Q2kJ·mol-1

③H2O(g)=H2O(1) △H3=－Q3kJ·mol-1

請寫出甲醇發生不完全燃燒生成一氧化碳和氣態水的熱化學反應方程式：_____________。

（2）合成甲醇發生的反應如下

①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=－a kJ·mol-1

②CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H2=－b kJ·mol-1

③CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H3=+c kJ·mol-1

I：在以上制備甲醇的兩個反應中，反應①優于反應②，原因為_____________。

Ⅱ：合成氣的組成時體系中的CO平衡轉化率(a)與溫度和壓強的關系如圖所示。

①a(CO)值隨溫度升高而_____________(填“增大”或“減小”)，其原因是_____________

②圖中的壓強由大到小為_____________，其判斷理由是_____________

（3）通常合成甲醇的主要反應為：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

①在一定溫度下，上述反應在一密閉容器中達到平衡，在保證H2濃度不變的情況下，增大容器的體積，平衡_____________(填字母)；作出此判斷的理由是_____________。

a.向正反應方向移動 b.向逆反應方向移動 c.不移動

②某溫度下，將1 mol CO和4molH2充入2L的密閉容器中，充分反應達到平衡后，測得c(CO)=0.1mol·L-1，則H2的轉化率為_____________

Answer 1

【答案】 CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g) △H=(2Q3+0.5Q2-0.5Q1) kJ/mol 反應①符合“原子經濟性”的原則即原子利用率為100% 減小 升高溫度時，反應①為放熱反應，平衡向向左移動，使得體系中CO的量增大；反應③為吸熱反應，平衡向右移動,又產生CO的量增大；總結果，隨溫度升高，使CO的轉化率降低 P3>P2>P1 相同溫度下，由于反應①為氣體分子數減小的反應，加壓有利于提升CO的轉化率；而反應③為氣體分子數不變的反應，產生CO的量不受壓強影響，故增大壓強時，有利于CO的轉化率升高 C 該反應達到平衡時，平衡常數增大容器體積時，c (CH3OH)和c(CO)等比例減小，由于H2濃度不變，此時的值仍然等于K，所以平衡不移動 40%

【解析】由蓋斯定律可以知道, ：①-③×4-②可得甲醇不完全燃燒生成CO和氣態水的熱化學方程式：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g) △H=(2Q3+0.5Q2-0.5Q1) kJ/mol；正確答案：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g) △H=(2Q3+0.5Q2-0.5Q1) kJ/mol。

I：在以上制備甲醇的兩個反應中，反應①優于反應②，反應①符合“原子經濟性”的原則即原子利用率為100% ；正確答案：反應①符合“原子經濟性”的原則即原子利用率為100%。

Ⅱ：①從曲線變化圖可知，a(CO)值隨溫度升高而減小，其原因是升高溫度時，反應①為放熱反應，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應③為吸熱反應，平衡向右移動，又產生CO的量增大；總結果，隨溫度升高，使CO的轉化率降低；正確答案：升高溫度時，反應①為放熱反應，平衡向向左移動，使得體系中CO的量增大；反應③為吸熱反應，平衡向右移動,又產生CO的量增大；總結果，隨溫度升高，使CO的轉化率降低。

②從圖中曲線變化看出，相同溫度下，由于反應①為氣體分子數減小的反應，加壓有利于提升CO的轉化率；而反應③為氣體分子數不變的反應，產生CO的量不受壓強影響，故增大壓強時，有利于CO的轉化率，因此升高壓強由P1→P3，a(CO)值增大，平衡右移，所以壓強由大到小為P3>P2>P1 ；正確答案：P3>P2>P1；相同溫度下，由于反應①為氣體分子數減小的反應，加壓有利于提升CO的轉化率；而反應③為氣體分子數不變的反應，產生CO的量不受壓強影響，故增大壓強時，有利于CO的轉化率升高。

（3）①根據平衡常數進行處理：該反應達到平衡時，平衡常數增大容器體積時，c (CH3OH)和c(CO)等比例減小，由于H2濃度不變，此時的值仍然等于K，所以平衡不移動，c正確；正確答案：c；該反應達到平衡時，平衡常數增大容器體積時，c (CH3OH)和c(CO)等比例減小，由于H2濃度不變，此時的值仍然等于K，所以平衡不移動。

②設CO的變化量為xmol，則平衡后n(CO)=0.1×2=0.2mol；

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始量 1 4 0

變化量 x 2x x

平衡量 1-x 4-2x x

n(CO)=0.1×2=0.2mol=1-x，x=0.8 mol，H2的轉化率為0.8×2/4×100%=40%；正確答案：40%。