Question

甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景，工業(yè)上合成甲醇一般 采用下列反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）

催化劑

高溫、高壓

CH₃OH（g）請(qǐng)回答下列問題：
（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為k=

 

（2）在t⁰C時(shí)，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得C（CH₃OH）=O.5mol/l，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

．在溫度和容積不變的情況下，再向該容器中充入1mol CO、4mol H₂，xmol CH₃OH（g），要使平衡不向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，x 的取值范圍是

 

．
（3）已知：
CH₃OH（g）+O₂═

3

2

CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ/mol
CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ/mol
H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol
則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的反應(yīng)熱△H=

 

（4）在容積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，各物質(zhì)的濃度隨時(shí)間變化情況如表：

濃度/mol．L-1 時(shí)間/min	c（CO）	C（H2）	C（CH3OH）
O	1.0	2.0	O
2	0.8		0.2
4		1.0	0.5
6		1.0	0.5

①反應(yīng)從2mhi到4min之間，反應(yīng)速率V（H₂）=

 

②反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為

 

③反應(yīng)在第2min時(shí)改變了反應(yīng)條件改變的條件可能是

 

（填序號(hào)）．
a．使用催化劑 b．降低溫度c．增加H₂的濃度．

Answer 1

分析：（1）K=

c(CH3OH)

c(CO)．c2(H2)

；
（2）平衡后，測(cè)得C（CH₃OH）=O.5mol/l，則生成的n（CH₃OH）=0.5mol/L×2L=1mol，根據(jù)甲醇和氫氣、一氧化碳的關(guān)系式知，平衡時(shí)氫氣和一氧化碳的濃度分別為：c（CO）=

2mol-1mol

2L

=0.5mol/L，c（ H₂）=

6mol-2mol

2L

=2mol/L，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)公式計(jì)算該溫度下的平衡常數(shù)；
如果加入這些物質(zhì)后其濃度商等于化學(xué)平衡常數(shù)，則平衡不移動(dòng)；
（3）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算焓變；
（4）①先計(jì)算甲醇的反應(yīng)速率，再根據(jù)同一可逆反應(yīng)中，同一時(shí)間段內(nèi)，各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率；
②根據(jù)反應(yīng)物、生成物濃度知，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到第4min時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，先確定甲醇濃度的變化量，再根據(jù)原子守恒知，甲醇濃度的變化量等于一氧化碳濃度的變化量，最后根據(jù)轉(zhuǎn)化率公式計(jì)算其轉(zhuǎn)化率；
③根據(jù)前兩分鐘和第2到4min時(shí)物質(zhì)反應(yīng)速率確定改變的條件．

解答：解：（1）該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為：

c(CH3OH)

c(CO)．c2(H2)

，故答案為：K=

c(CH3OH)

c(CO)．c2(H2)

；
（2）平衡后，測(cè)得C（CH₃OH）=O.5mol/l，則生成的n（CH₃OH）=0.5mol/L×2L=1mol，根據(jù)甲醇和氫氣、一氧化碳的關(guān)系式知，平衡時(shí)氫氣和一氧化碳的濃度分別為：c（CO）=

2mol-1mol

2L

=0.5mol/L，c（H₂）=

6mol-2mol

2L

=2mol/L，則該溫度下，化學(xué)平衡常數(shù)K=

0.5

0.5×22

=0.25；
在溫度和容積不變的情況下，再向該容器中充入1mol CO、4mol H₂、xmol CH₃OH（g）時(shí)，c（CH₃OH）=O.5（1+x）mol/l，c（CO）=（0.5+

1

2

）mol/l=1mol/L，c（H₂）=（2+

4

2

）mol/L=4mol/L，要使平衡不向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則0＜濃度商=

0.5+0.5x

1×42

≤0.25，則x的取值范圍為0＜x≤1，
故答案為：0.25；0＜x≤1；
（3）CH₃OH（g）+

3

2

O₂═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ/mol①
CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ/mol②
H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol③
根據(jù)蓋斯定律得；將方程式②+2③-①得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=（-283.0kJ/mol）+2（-285.8kJ/mol）-（-764.5kJ/mol）=-90.1kJ/mol，
故答案為：-90.1kJ/mol；
（4）①2mhi到4min之間，甲醇的反應(yīng)速率=

0.5-0.2

4-2

mol/（L．min）=0.15mol/（L．min），同一可逆反應(yīng)中，同一時(shí)間段內(nèi)，各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比，所以氫氣的反應(yīng)速率為0.30mol/（L．min），故答案為：0.30mol/（L．min）；
②根據(jù)反應(yīng)物、生成物濃度知，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到第4min時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，甲醇增加的物質(zhì)的量濃度=（0.5-0）mol/L=0.5mol/L，根據(jù)原子守恒知，一氧化碳減少的物質(zhì)的量濃度=甲醇增加的物質(zhì)的量濃度=0.5mol/L，則一氧化碳的轉(zhuǎn)化率=

0.5mol/L

1mol/L

×100%=50%，
故答案為：50%；
③第4分鐘時(shí)，甲醇的濃度變化量為0.5mol/L，根據(jù)原子守恒知，一氧化碳濃度的變化量也為0.5mol/L，則第4分鐘時(shí)，一氧化碳濃度=1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，
0-2min時(shí)，一氧化碳濃度的變化量為（1-0.8）mol/L=0.2mol/L，2-4min時(shí)，一氧化碳濃度的變化量=（0.8-0.5）mol/L=0.3mol/L，說明反應(yīng)速率增大，要使反應(yīng)速率增大且反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可以改變的條件是使用催化劑或增大壓強(qiáng)，故選a．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道小型綜合題，涉及化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、熱化學(xué)反應(yīng)方程式，根據(jù)蓋斯定律來分析熱化學(xué)反應(yīng)，難點(diǎn)是化學(xué)平衡影響因素、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素的判斷，注意仔細(xì)閱讀題干信息并結(jié)合教材基礎(chǔ)知識(shí)來分析解答，只有利用靈活運(yùn)用教材基礎(chǔ)知識(shí)才能正確解答，難度中等．