Question

11．甲醇是新型的汽車(chē)動(dòng)力燃料．工業(yè)上可通過(guò)CO和H₂化合制備甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H₁=-116kJ•mol^-1
（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（2）下列措施中有利于提高反應(yīng)速率的是CD（雙選，填字母）．
A．移去部分CH₃OH    B．減小壓強(qiáng)    C．通入CO    D．加入催化劑
（3）已知：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1
寫(xiě)出1mol甲醇燃燒生成CO₂和水蒸氣的熱化學(xué)方程式CH₃OH （g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651 KJ•mol^-1；
（4）為研究合成氣最合適的起始組成比，在1L容器中，分別在230℃、250℃和270℃下，改變CO和 H₂的起始組成比（設(shè)起始時(shí)CO的物質(zhì)的量為1mol ），結(jié)果如圖所示：
①230℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)是X（填字母）．
②在270℃時(shí)，當(dāng)CO的轉(zhuǎn)化率為50%時(shí)，n（H₂）：n（CO）=1.5，并計(jì)算CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)．（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程，保留2位小數(shù)）

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫(xiě)出；
（2）加入催化劑、升高溫度、增大壓強(qiáng)、增大物質(zhì)濃度等均可以增大反應(yīng)速率；
（3）已知：①CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H₁=-116kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①+③×2可得：CH₃OH （g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）；
（4）①CO和 H₂的起始組成比一定時(shí)，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減�。�
②溫度越高，CO轉(zhuǎn)化率越低，故曲線(xiàn)Z表示270℃，由圖可知，當(dāng)CO的轉(zhuǎn)化率為50%時(shí)n（H₂）：n（CO）=1.5；
設(shè)CO起始物質(zhì)的量為1mol，則氫氣為1.5mol，轉(zhuǎn)化的CO為0.5mol，則：
             CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始量（mol）：1       1.5          0
轉(zhuǎn)化量（mol）：0.5 　   1           0.5
平衡量（mol）：0.5     0.5         0.5
代入平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算．

解答 解：（1）CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（2）A．移去部分CH₃OH，反應(yīng)物濃度減低，反應(yīng)速率減慢，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)各組分均為氣體，減小壓強(qiáng)，反應(yīng)速率減慢，故B錯(cuò)誤；
C．通入CO，增大反應(yīng)物濃度，反應(yīng)速率加快，故C正確；
D．加入催化劑，減低活化能，反應(yīng)速率加快，故D正確，
故選：CD；
（3）已知：①CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H₁=-116kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②-①+③×2可得：CH₃OH （g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651 KJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH （g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651 KJ•mol^-1；
（4）①CO和 H₂的起始組成比一定時(shí)，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減小，故230℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)是X，
故答案為：X；
②溫度越高，CO轉(zhuǎn)化率越低，故曲線(xiàn)Z表示270℃，由圖可知，當(dāng)CO的轉(zhuǎn)化率為50%時(shí)n（H₂）：n（CO）=1.5；
設(shè)CO起始物質(zhì)的量為1mol，則氫氣為1.5mol，轉(zhuǎn)化的CO為0.5mol，則：
             CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始量（mol）：1       1.5        0
轉(zhuǎn)化量（mol）：0.5 　   1         0.5
平衡量（mol）：0.5     0.5        0.5
容器容積為1L，故270℃時(shí)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×0．{5}^{2}}$=4，
故答案為：1.5；4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、反應(yīng)速率影響因素、化學(xué)平衡圖象、平衡常數(shù)、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．