Question

工業(yè)上常利用CO和H₂合成可再生能源甲醇。

（1）已知CO(g)、CH₃OH(l)的燃燒熱分別為283.0 kJ·mol^-1和726.5 kJ·mol^-1，則CH₃OH(l)不完全燃燒生成CO(g)和H₂O(l)的熱化學(xué)方程式為                        。

（2）合成甲醇的方程式為CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)    ΔH <0。

在230 ℃〜270 ℃最為有利。為研究合成氣最合適的起始組成比n(H₂):n(CO)，分別在230 ℃、250 ℃和270 ℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下左圖所示。其中270 ℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)是_____（填字母）；當(dāng)曲線(xiàn)X、Y、Z對(duì)應(yīng)的投料比達(dá)到相同的CO平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度與投較比的關(guān)系是                     。

（3）當(dāng)投料比為1∶1，溫度為230 ℃，平衡混合氣體中，CH₃OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為         （保留1位小數(shù)）；平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率            。

 

Answer 1

【答案】

（1）CH₃OH (l) + O₂(g) = CO(g) + 2H₂O(l)  ΔH=－443.5 kJ·mol^-1

（2） Z    投料比越高，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度越高     （3）33.3%   40%

【解析】

試題分析：(1)CO(g)燃燒的熱化學(xué)方程式為CO(g)+1/2 O₂(g)= CO₂(g) ΔH= —283.0 kJ/mol ; ① CH₃OH(l) 燃燒的熱化學(xué)方程式為CH₃OH(l) +3/2 O₂(g)= CO₂(g)+ + 2H₂O(l) ΔH= —726.5 kJ/mol; ②. ②-①整理可得：CH₃OH (l) + O₂(g) = CO(g) + 2H₂O(l)  ΔH=－443.5 kJ/mol.(2) 合成甲醇的方程式為CO(g)+2H₂(g)  CH₃OH(g)  ΔH <0。由于該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，當(dāng)n(H₂)/n(CO)不變時(shí)，升高溫度，化學(xué)平衡吸熱反應(yīng) (即逆反應(yīng)) 方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率降低，甲醇的產(chǎn)率也減小。因此這三個(gè)曲線(xiàn)中Z對(duì)應(yīng)的是270 ℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這對(duì)合成甲醇的產(chǎn)率來(lái)說(shuō)不利。但是溫度過(guò)低，雖然產(chǎn)率高了，但反應(yīng)速率太低，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間太長(zhǎng)，效率也不高。因此綜上所述常采用在230 ℃〜270 ℃最為有利。根據(jù)平衡移動(dòng)原理，在其它條件不變時(shí)，增加某種反應(yīng)物的濃度，能使平衡正向移動(dòng)，使其它反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高，而其本身的轉(zhuǎn)化率降低。當(dāng)曲線(xiàn)X、Y、Z對(duì)應(yīng)的投料比達(dá)到相同的CO平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度與投較比的關(guān)系是投料比越高，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度越高。（3）n(H₂)/n(CO)=1:1，假設(shè)n(H₂)= n(CO)=1mol,有圖像可知在230 ℃，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為40%，，根據(jù)反應(yīng)的方程式CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)可知：此時(shí)n(CO)=0.6mol, n(H₂)=0.2mol，n(CH₃OH) =0.4mol, 在平衡混合氣體中，CH₃OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為：0.4mol÷(0.6mol+0.2mol+0.4mol)×100%= 33.3%.

考點(diǎn)：考查熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、溫度、濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響及物質(zhì)的含量、轉(zhuǎn)化率的計(jì)算的知識(shí)。