Question

4．甲醇是重要的化工原料，又是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景．
（1）已知反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ．mol^-1中的相關化學鍵鍵能如下：

化學鍵	H-H	C-O	C≡O	H-O	C-H
E/（KJ•mol-1）	436	343	x	465	413

則x=1076．
（2）在一容積可變的密閉容器中，1molCO與2molH₂發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$ CH₃OH（g）△H₁＜0，CO在不同溫度下的平衡轉化率（α）與壓強的關系如圖1所示．

①a、b兩點的反應速率：v（a）＜v（b）（填“＞”“＜”或“=”）．
②T₁＜T₂（填“＞”“＜”或“=”），原因是該反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO的平衡轉化率減小，故T_l＜T₂．該反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO的平衡轉化率減小，故T_l＜T₂
③在c點條件下，下列敘述能說明上述反應能達到化學平衡狀態(tài)的是bc（填代號）
a．H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍     
b．CH₃OH的體積分數不再改變
c．混合氣體的密度不再改變                
d．CO和CH₃OH的物質的量之和保持不變
 ④圖中a點的平衡常數K_P=1.6×10^-7（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）．
（3）利用合成氣（主要成分為CO和H₂）合成甲醇，發(fā)生主要反應如下：
Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OH（g）△H₁
Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CO（g）+H₂O（g）△H₂
Ⅲ：CO₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
上述反應對應的平衡常數分別為K₁、K₂、K₃，它們隨溫度變化曲線如圖2所示．
則△H₁＜△H₃（填“＞”、“＜”、“=”），理由是由圖可知，隨著溫度升高，K₂減小，則△H₂＞0，根據蓋斯定律又得△H₃=△H₁+
△H₂，所以△H₁＜△H₃．．

Answer 1

分析 （1）根據反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能計算；
（2）①壓強越大反應速率越快，所以a、b兩點的反應速率：v（a）＜v（b）；
 ②壓強相同時一氧化碳的轉化率高，所以平衡正向移動，而正反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO的平衡轉化率減小，故T_l＜T₂；
③根據化學平衡時正逆反應速率相等，各物質含量不再改變分析；
④結合化學平衡三行計算列式計算平衡物質的物質的量，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數；
（3）反應1、2、3其對應的平衡常數分別為K₁、K₂、K₃，根據圖1它們隨溫度變化的曲線結合蓋斯定律進行分析解答．

解答 解：（1）反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，則△H=2×436+x-343-413×3-465=-99，解得x=1076；
故答案為：1076；
（2）①壓強越大反應速率越快，所以a、b兩點的反應速率：v（a）＜v（b）；
故答案為：＜；
②該反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO的平衡轉化率減小，故T_l＜T₂；
故答案為：＜；該反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO的平衡轉化率減小，故T_l＜T₂；
③a．H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍均為正反應速率，不能說正逆反應速率相等，故a錯誤；     
b．CH₃OH的體積分數隨著反應的進行增大，不再改變時化學平衡，故b正確；
c．混合氣體的總質量不變，容器可變，則混合氣體的體積減小，密度增大，不再改變時化學平衡，故c正確；                
d．CO和CH₃OH的物質的量之和保持不變，不能說明化學平衡，故d錯誤；
故答案為：bc；
④a點的一氧化碳轉化率為50%，總壓為0.5MPa，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）    1      2          0
變化量（mol）   x       2x         x
平衡量（mol）  1-x     2-2x        x
而一氧化碳轉化率為50%，所以x=0.5mol，Kp=$\frac{\frac{0.5}{2}×0.5}{\frac{0.5}{2}×0.5×（\frac{1}{2}×0.5）^{2}}$=1.6×10^-7；
故答案為：1.6×10^-7；
（3）由圖可知，隨著溫度升高，K₂減小，則△H₂＞0，根據蓋斯定律又得△H₃=△H₁+
△H₂，所以△H₁＜△H₃．；
故答案為：＜；由圖可知，隨著溫度升高，K₂減小，則△H₂＞0，根據蓋斯定律又得△H₃=△H₁+
△H₂，所以△H₁＜△H₃．

點評 本題考查熱化學方程式書寫、化學平衡圖象、影響化學平衡的因素、化學平衡常數等，難度中等，掌握利用“定一議二”原則分析和化學平衡常數的計算，注意對題目信息的讀取，