Question

【題目】能源問題是人類社會面臨的重大課題，甲醇是未來重要的綠色能源之一。

(1)已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l )的燃燒熱△H分別為285.8kJ·mol1、283.0kJ·mol1和726.5kJ·mol1。請回答下列問題：

①寫出表示H2燃燒熱的熱化學反應方程式____________________。

②甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式為_________________。

(2)以CH4和H2O為原料，通過下列反應來制備甲醇。

Ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)= CO(g)＋3H2(g) △H＝＋206.0kJ/mol

Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)= CH3OH(g) △H＝－129.0kJ/mol

①將2.0mol CH4和1.0mol H2O(g)通入容積為2L的反應容器，在一定條件下發(fā)生反應Ⅰ，測得在一定的壓強下CH4的轉化率與溫度的關系如圖。在100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用CO表示該反應的平均反應速率為_________________。100℃時反應Ⅰ的平衡常數為_________________。

②工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用方法有甲醇蒸氣重整法。該法中的一個主要反應為CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g)，請描述在其他條件不變時，溫度對甲醇轉化率的影響：____________________。

Answer 1

【答案】 ΔH=-285.8 ΔH=-443.5 0.08mol/L/min 11.52 升高溫度，甲醇轉化率升高

【解析】

(1)①燃燒熱指在25℃，101 kPa時，1 mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時所放出的熱量，所以H2燃燒熱的熱化學反應方程式為 ΔH=-285.8 kJ/mol；

②由CO(g)和CH3OH(l)的燃燒熱可得熱化學方程式：
①CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJmol-1
②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l) △H=-726.5kJmol-1
根據蓋斯定律，②-①可得：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)，該反應的反應熱△H=-726.5kJmol-1-(-283.0kJmol-1)=-443.5kJmol-1，故熱化學方程式為：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l) △H=-443.5kJmol-1；

(2)①將2.0molCH4和1.0mol H2O(g)通入容積為2L的反應容器，則初始c(CH4)=1mol/L，c(H2O)=0.5mol；100℃時達到平衡時甲烷的轉化率為40%，所以消耗甲烷c(CH4)=0.4mol/L，則剩余c(CH4)=0.6mol/L，根據方程式可知消耗c(H2O)=0.4mol/L，則剩余c(H2O)=0.1 mol/L，生成的c(CO)=0.4mol/L，c(H2)=1.2mol/L；CO表示該反應的平均反應速率為v(CO)=；根據平衡常數定義可知K=；

②根據反應CO(g)＋2H2(g)= CH3OH(g) ΔH＝－129.0kJ/mol可知CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g) ΔH＞0，即該反應正反應為吸熱反應，所以其他條件不變時，溫度越高，甲醇的轉化率越大。