Question

6．CO、H₂、CH₃OH均是清潔能源，一定條件下存在如下轉(zhuǎn)化：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
（1）上述物質(zhì)的有關(guān)化學(xué)鍵的鍵能（單位：kJ•mol^-1）數(shù)據(jù)如下
C≡0：1076，H-H：436，C-H：408，C-O：351，O-H：463；
①上述生成CH₃OH的反應(yīng)的△H=-90kJ/mol．
②若2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1，一定條件下，CH₃OH（g）可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為CH₃0CH₃（g）與H₂O（g），試寫出對應(yīng)的熱化學(xué)方程式：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-24.7kJ/mol．
（2）分別向a、b、c三個容積相同的恒容密封容器中沖入10molCO與20molH₂，在適當(dāng)條件下發(fā)生反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H，反應(yīng)過程中H₂的濃度（mol•L^-1）隨時間（min）的變化如圖中a、b、c曲線所示．

①b容器中的反應(yīng)在3min時達(dá)到平衡，則b容器中v（CO）=$\frac{1}{6}$mol/（L．min）．
②容器a、b中的反應(yīng)條件的差異是b中使用催化劑，若a、c容器中的反應(yīng)溫度不同，則溫度較低的容器是b（選填a或c）．
③a容器中反應(yīng)的平衡常數(shù)=1，三個容器中平衡常數(shù)相對大小關(guān)系為c＞a=b．
為了尋找合成甲醇的適宜溫度和壓強，某科研小組設(shè)計了三組實驗，部分實驗數(shù)據(jù)如下表所示．

實驗編號	T（℃）	n（CO）/n（H2）	p（MPa）
①	160	$\frac{2}{3}$	1
②	x	$\frac{2}{3}$	5
③	260	y	5

則x=160，y=$\frac{2}{3}$．

Answer 1

分析 （1）①反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；
②Ⅰ．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
Ⅱ．2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1，
由蓋斯定律，Ⅱ-Ⅰ×2可得：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂），再利用速率之比大于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（CO）；
②與a相比，b到達(dá)平衡時間短，且平衡時氫氣濃度不變，平衡不移動，而正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，壓強影響平衡移動，則b使用催化劑；
溫度越高，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時間越短；
③計算平衡時各組分的濃度，根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算平衡常數(shù)；a的溫度比c高，平衡時氫氣濃度比c的大，說明升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，而a、b溫度相同，二者平衡常數(shù)相同；
采取控制變量法分析，①與②壓強不同，則溫度、投料比相同；②與③溫度不同，投料比相同．

解答 解：（1）①反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，則：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的△H=1076kJ/mol+2×436kJ/mol-3×408kJ/mol-351kJ/mol-463kJ/mol=-90kJ/mol，
故答案為：-90kJ/mol；
②Ⅰ．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90kJ/mol
Ⅱ．2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1，
由蓋斯定律，Ⅱ-Ⅰ×2可得：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-24.7kJ/mol，
故答案為：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-24.7kJ/mol；
（2）①v（H₂）=$\frac{2mol-1mol/L}{3min}$=$\frac{1}{3}$mol/（L．min），速率之比大于化學(xué)計量數(shù)之比，則v（CO）=$\frac{1}{2}$v（H₂）=$\frac{1}{6}$mol/（L．min），
故答案為：$\frac{1}{6}$mol/（L．min）；
②與a相比，b到達(dá)平衡時間短，且平衡時氫氣濃度不變，平衡不移動，而正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，壓強影響平衡移動，則b使用催化劑；
a與c相比，a達(dá)到平衡時間較短，溫度越高，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時間越短，故溫度a＞c，
故答案為：b中使用催化劑；c；
③起始時氫氣濃度為2mol/L，則CO的起始內(nèi)為1mol/L，平衡時氫氣濃度為1mol/L，則：
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）：1        2         0
變化量（mol/L）：0.5      1         0.5
平衡量（mol/L）：0.5     1        0.5

故平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×{1}^{2}}$=1，
a的溫度比c高，平衡時氫氣濃度比c的大，說明升高溫度平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，而a、b溫度相同，二者平衡常數(shù)相同，故平衡常數(shù)c＞a=b，
采取控制變量法分析，①與②壓強不同，則溫度、投料比相同，故x=160；②與③溫度不同，投料比相同，則y=$\frac{2}{3}$，
故答案為：1；c＞a=b；160；$\frac{2}{3}$．

點評 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計算、化學(xué)平衡圖象、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率計算、反應(yīng)熱計算、熱化學(xué)方程式書寫等，側(cè)重考查學(xué)生的分析計算能力，注意對基礎(chǔ)知識的理解掌握．