Question

20．甲醇既是重要的化工原料，又可作為燃料．利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主要反應(yīng)如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃
回答下列問題：

化學(xué)鍵	H-H	C-O	C≡O(shè)	H-O	C-H
E/（kJ．mol-1）	436	343	1076	465	413

（1）已知反應(yīng)①中的相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：
由此計算△H₁=-99kJ．mol^-1，已知△H₂=-58kJ．mol^-1，則△H₃=+41kJ．mol^-1
（2）反應(yīng)①的化學(xué)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；圖1中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為a（填曲線標(biāo)記字母），其判斷理由是反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)隨溫度升高而減小．
（3）合成氣的組成n（H₂）/n（CO+CO₂）=2.60時體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率（a）與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示．a(chǎn)（CO）值隨溫度升高而減�。ㄌ睢霸龃蟆被颉皽p小”），其原因是反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結(jié)果，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減�。畧D2中的壓強(qiáng)由大到小為P₁＞P₂＞P₃，其判斷理由是相同溫度下，反應(yīng)③前后氣體分子數(shù)不變，壓強(qiáng)改變不影響其平衡移動，反應(yīng)①正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故增大壓強(qiáng)有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；根據(jù)蓋斯定律：反應(yīng)②-反應(yīng)①=反應(yīng)③，反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計算；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)指可逆反應(yīng)得到平衡時，各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，根據(jù)溫度對平衡移動的影響，進(jìn)而判斷溫度對平衡常數(shù)影響；
（3）由圖可知，壓強(qiáng)一定時，隨溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，根據(jù)升高溫度對反應(yīng)①、③的影響，進(jìn)行分析CO轉(zhuǎn)化率變化原因；
相同溫度下，反應(yīng)③前后氣體分子數(shù)不變，壓強(qiáng)改變不影響其平衡移動，反應(yīng)①正反應(yīng)為氣體分子式減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大．

解答 解：（1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，故△H₁=1076kJ．mol^-1+2×436kJ．mol^-1-（3×413+343+465）kJ．mol^-1=-99kJ．mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律：反應(yīng)②-反應(yīng)①=反應(yīng)③，故△H₃=△H₂-△H₁=-58kJ．mol^-1-（-99kJ．mol^-1）=+41kJ．mol^-1，
故答案為：-99；+41；
（2）反應(yīng)①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小，曲線a正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；a；反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)隨溫度升高而減小；
（3）由圖可知，壓強(qiáng)一定時，隨溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小，反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結(jié)果，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減�。�
相同溫度下，反應(yīng)③前后氣體分子數(shù)不變，壓強(qiáng)改變不影響其平衡移動，反應(yīng)①正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故增大壓強(qiáng)有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高，故壓強(qiáng)：P₁＞P₂＞P₃，
故答案為：減小；反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結(jié)果，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減�。�
P₁＞P₂＞P₃；相同溫度下，反應(yīng)③前后氣體分子數(shù)不變，壓強(qiáng)改變不影響其平衡移動，反應(yīng)①正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故增大壓強(qiáng)有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高．

點(diǎn)評 本題考查反應(yīng)熱有關(guān)計算、平衡常數(shù)及其影響因素、化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)平衡圖象綜合應(yīng)用等，側(cè)重考查學(xué)生分析計算能力，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．