Question

【題目】在鈀基催化劑表面上，甲醇制氫的反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在鈀催化劑表面上的物種用*標(biāo)注。

（1）的△H=_____________kJ·mol－1；該歷程中最大能壘(活化能)E正=____________kJ·mol－1，寫出該步驟的化學(xué)方程式_________________。

（2）在一定溫度下，CO和H2混合氣體發(fā)生反應(yīng)：，反應(yīng)速率υ=υ正－υ逆=k正c(CO)·c2(H2)－k逆c(CH3OH)，k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)。達(dá)到平衡后，若加入高效催化劑，將___________(填“增大”、“減小”或“不變”)；若升高溫度，將____________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

（3）353K時(shí)，在剛性容器中充入CH3OH(g)，發(fā)生反應(yīng)：。體系的總壓強(qiáng)p隨時(shí)間t的變化如表所示：

t/min	0	5	10	15	20	∞
p/kPa	101.2	107.4	112.6	116.4	118.6	121.2

①若升高反應(yīng)溫度至373K，則CH3OH(g)分解后體系壓強(qiáng)p∞(373K)___________121.2kPa(填“大于”、“等于”或“小于”)，原因是________________________。

②353K時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)KP=__________(kPa)2(KP為以分壓表示的平衡常數(shù)，計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù))。

Answer 1

【答案】+97.9 179.6 CO*+4H*=CO*+2H2(g)或4H*=2H2(g) 不變 減小 大于 CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的正反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡右移，氣體物質(zhì)的量增加，容器體積不變，總壓強(qiáng)變大 43.9

【解析】

(1)根據(jù)△H=生成物總能量-反應(yīng)物總能量分析判斷，根據(jù)圖像，反應(yīng)歷程中活化能最大的為CO+4H階段；

(2)平衡時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，催化劑可加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)；根據(jù)(1)中分析CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)；

(3)①反應(yīng)CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的正反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，根據(jù)外界條件對(duì)該平衡體系的影響分析判斷；

②根據(jù)相同條件下，物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，結(jié)合三段式計(jì)算解答。

(1)根據(jù)圖像顯示，甲醇的相對(duì)能量為0，生成物相對(duì)能量為97.9 kJ·mol－1，根據(jù)△H=生成物總能量-反應(yīng)物總能量，則的△H=+97.9kJ·mol－1；根據(jù)圖像可以看出，CO+4H= CO+2H2(g)(或4H*=2H2(g))反應(yīng)歷程中活化能E正最大為113.9kJ/mol-(-65.7kJ/mol)=179.6 kJ·mol－1；

(2)平衡時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，即υ正= υ逆，則=1，反應(yīng)速率υ=υ正－υ逆=k正c(CO)·c2(H2)－k逆c(CH3OH)=0，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==，催化劑可加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，正逆反應(yīng)速率仍相等則不變；根據(jù)(1)中分析CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)K減小，則將減小；

(3)①反應(yīng)CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)的正反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡右移，氣體物質(zhì)的量增加，容器體積不變，總壓強(qiáng)變大，則升高反應(yīng)溫度至373K，則CH3OH(g)分解后體系壓強(qiáng)p∞(373K)大于121.2kPa；

②353K時(shí)，初始時(shí)平衡體系總壓強(qiáng)為101.2 kPa，平衡時(shí)體系總壓強(qiáng)為121.2kPa，設(shè)初始投入CH3OH(g)為1mol，平衡時(shí)消耗CH3OH(g)的物質(zhì)的量為x，列“三段式”：

根據(jù)相同條件下，物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，則，解得x=mol，則平衡時(shí)，H2的物質(zhì)的量為mol，CH3OH的物質(zhì)的量為()mol，CO的物質(zhì)的量為mol，平衡時(shí)的總物質(zhì)的量為mol，該反應(yīng)的平衡常數(shù)KP==43.9(kPa)2。