Question

甲醇合成反應為：CO（g）+2H₂（g）△CH₃OH（g）．
（1）反應過程中物質(zhì)能量變化如圖所示．寫出合成甲醇的熱化學方程式

 

．
實驗室在1L密閉容器中進行模擬合成實驗．將1molCO和2molH₂通入容器中，分別恒溫在300⁰C和500⁰C反應，每隔一定時間測得容器中甲醇的濃度如下：

	10min	20min	30min	40min	50min	60min
3000C	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
5000C	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

（2）在300⁰C反應開始10分鐘內(nèi)，H₂的平均反應速率

 

（3）500⁰C平衡常數(shù)K=

 

（4）在另一體積不變的容器中，充入1.2molCO和2.0molH₂，一定條件下達到平衡，測得容器內(nèi)壓強為起始的一半．該條件下H₂轉(zhuǎn)化率為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）由反應過程中物質(zhì)能量變化圖可知，1molCO（g）與2molH₂（g）完全反應生成1molCH₃OH（g）放出熱量為（b-a）kJ，結(jié)合熱化學方程式書寫規(guī)則書寫．
（2）由表可知10min內(nèi)，甲醇的濃度變化為0.40mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（H₂）．
（3）由表可知40min時，反應達平衡狀態(tài)，甲醇的平衡濃度為0.80mol/L．CO的起始濃度為1mol/L、H₂的起始濃度為2mol/L，根據(jù)三段式計算出平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算．
（4）測得平衡時容器內(nèi)壓強為起始的一半，則平衡時混合氣體的總物質(zhì)的量為（1.2mol+2mol）×

1

2

=1.6mol，根據(jù)方程式利用差量法計算轉(zhuǎn)化的一氧化碳的物質(zhì)的量，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量是一氧化碳的2倍，再利用轉(zhuǎn)化率定義計算．

解答： 解：（1）由反應過程中物質(zhì)能量變化圖可知，1molCO（g）與2molH₂（g）完全反應生成1molCH₃OH（g）放出熱量為（b-a）kJ，所以合成甲醇的熱化學方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-（b-a）kJ/mol，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-（b-a）kJ/mol；
（2）由表可知10min內(nèi)，甲醇的濃度變化為0.40mol/L，所以v（CH₃OH）=

0.4mol/L

10min

=0.040mol/（L?min），速率之比等于化學計量數(shù)之比，所以v（H₂）=2v（CH₃OH）=2×0.040mol/（L?min）=0.080mol/（L?min），
故答案為：0.080mol/（L?min）；
（3）由表可知40min時，反應達平衡狀態(tài)，甲醇的平衡濃度為0.80mol/L，CO的起始濃度為1mol/L、H₂的起始濃度為2mol/L，所以：
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：1        2                0
變化（mol/L）：0.8     1.6              0.8  
平衡（mol/L）：0.2     0.4              0.8
所以500℃平衡常數(shù)k=

0.8

0.2×0．42

=25，
故答案為：25；
（4）充入1.2molCO₂和2.0molH₂，一定條件下達到平衡，測得容器內(nèi)壓強為起始的一半，則平衡時混合氣體的總物質(zhì)的量為（1.2mol+2mol）×

1

2

=1.6mol，令轉(zhuǎn)化的一氧化碳的物質(zhì)的量為xmol，則：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）物質(zhì)的量變化△n
1       2                                2
x       2x                       1.2mol+2mol-1.6mol=1.6mol
所以x=0.8mol
所以氫氣的轉(zhuǎn)化率為

0.8mol×2

2mol

×100%=80%．
故答案為：80%．

點評：本題考查熱化學方程式、化學平衡的計算等，是對所學知識的直接運用，難度中等，旨在考查學生對基礎知識的掌握．