Question

【題目】CH3OH是一種重要的化工原料，工業上可用合成氣（CO和H2）來生產，主要副產物有CH4、C2H5OH等。已知生產CH3OH和副產物CH4的熱化學方程式分別為

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H＝－90.7 kJ·mol-1

②CO(g)+ 3H2(g)CH4(g)+H2O(g) △H＝－206.2 kJ·mol-1

回答下面問題

（1）若CO(g)和CH3OH(g)的燃燒熱△H分別為－283 kJ·mol-1和－726.1 kJ·mol-1，則H2(g)的燃燒熱△H為 。

（2）下表列出了幾種化學鍵斷裂需要的能量數據。

化學鍵	C≡O	H－H	C－H	H－O
斷裂1mol需要能量 / kJ	a	436	414	463

則a＝ 。

（3）工業生產CH3OH過程中，提高合成CH3OH反應選擇性的關鍵因素是 。

（4）下表列出了在一定條件下，在3個1L容器中發生反應①時測得的一些數據。

容器序號	溫度 / ℃	物質的起始濃度 / mol·L－1			物質平衡時濃度/ mol·L－1
		H2	CO	CH3OH	CH3OH
Ⅰ	100	0.2	0.1	0	0.02
Ⅱ	100	0.4	0.2	0.1
Ⅲ	200	0	0	0.10	b

① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數表達式為 ；

② 容器Ⅱ中，開始時，v(正) v(逆) （填“＜、＞、＝”） ；

③ 容器Ⅲ中，達平衡時 b 0.02（填“＜、＞、＝”） ；

④ 達到平衡時，正反應速率：容器Ⅲ中的比容器Ⅰ中的 （填“大、小、相等”）。

Answer 1

【答案】（14分）

（1）－266.9kJ/mol

（2）1067.8

（3）使用合適催化劑

（4）① ② ＞ ③ ＜ ④ 大

【解析】

試題分析：（1）由CO(g)和CH3OH(g)的燃燒熱ΔH分別為－283 kJ·mol-1和－726.1 kJ·mol-1，則可得

③CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=－283.0kJmol-1；

④CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=－726.1kJmol-1。

結合①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－90.7 kJ·mol-1，根據蓋斯定律，（①＋④－③）÷2，可得氫氣燃燒熱ΔH=－266.9kJ/mol。

（2）根據熱化學方程式②CO(g)+ 3H2(g) CH4 (g)+H2O(g) ΔH＝－206.2 kJ·mol-1可得，

ΔH＝（a+436×3）－（414×4+463×2）＝－206.2 kJ·mol-1，則a ＝1067.8。

（3）根據CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－90.7 kJ·mol-1，可知工業生產CH3OH過程中，提高合成CH3OH反應選擇性的關鍵因素是使用合適催化劑。

（4）①根據方程式 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可得該反應的的平衡常數表達式為；

② 容器Ⅰ中平衡時各物質的濃度分別為：c(CO)=0.08mol/L、c(H2)=0.16mol/L、c(CH3OH)=0.02mol/L，則可得，平衡常數K== =。容器Ⅲ中，濃度商Qc= =＜K，則反應應向正反應方向移動，即v(正)＞v(逆)。

③ 容器Ⅰ中所加物質與容器Ⅲ中所加物質相當，根據CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－90.7 kJ·mol-1，容器Ⅲ的溫度比容器Ⅰ的溫度高，溫度越高，放熱反應逆向移動，則達平衡時b＜0.02；

④ 容器Ⅲ的溫度比容器Ⅰ的溫度高，溫度越高，化學反應速率越大。所以達到平衡時，：容器Ⅲ中的正反應速率比容器Ⅰ中的大。