Question

能問題是人類社會面臨的重大課題，甲醇是一種可再生能，具有開發(fā)和應用的廣闊前景，研究甲醇具有重要意義．

（1）用CO合成甲醇的反應為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；在容積為1L．的密閉容器中分別充入1mol CO和2mol H₂，實驗測得甲醇的物質的量和溫度、時間的關系曲線如圖1所示．
則該正反應的△H

 

0（填“＜”、“＞”或“=”），判斷的理由是

 

．
（2）利用工業(yè)廢氣中的CO₂可制取甲醇，其反應為：CO₂+3H₂

催化劑

CH₃OH+H₂O．
①常溫常壓下已知下列反應的能量變化如圖2所示：由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式為

 

．
②為探究用CO₂生產(chǎn)燃料甲醇的反應原理，現(xiàn)進行如下實驗：在一恒溫恒容密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，進行上述反應．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖3所示．從反應開始到平衡，v（H₂）=

 

；該溫度下的平衡常數(shù)數(shù)值K=

 

．能使平衡體系中

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的措施有

 

（任寫一條）．
（3）工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用方法有兩種．

①甲醇蒸汽重整法．主要反應為；CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）；設在容積為2.0L的密閉容器中充入0.60mol CH₃OH（g），體系壓強為P₁，在一定條件下達到平衡時，體系壓強為P₂，且

P2

P1

=2.2，則該條件下CH₃OH的平衡轉化率為

 

．
②甲醇部分氧化法．在一定溫度下以Ag/CeO₂-ZnO為催化劑時原料氣比例對反應的選擇性（選擇性越大，表示生成的該物質越多）影響關系如圖5所示．則當

n(O2)

n(CH3OH)

=0.25時．CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應方程式為

 

．在制備H₂：時最好控制

n(O2)

n(CH3OH)

=

 

．

Answer 1

考點：化學平衡常數(shù)的含義,反應熱和焓變,化學平衡的影響因素,化學平衡的計算

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）根據(jù)圖1所示，溫度升高，甲醇的物質的量減小，平衡逆向移動，則正反應放熱；
（2）①依據(jù)圖2、3中熱化學方程式結合蓋斯定律計算得到二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式；
②由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，根據(jù)v=

△c

t

計算v（CH₃OH），依據(jù)v（H₂）=3v（CH₃OH）；用三段式法求出各物質的平衡濃度，然后求出平衡常數(shù)；要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應使平衡向正反應方向移動，可以降溫、加壓或增大氫氣的量或將H₂O（g）從體系中分離；
（3）①根據(jù)恒容條件下壓強之比等于物質的量之比求出甲醇的轉化量，然后再求轉化率；
②根據(jù)圖象可知，當n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25時，CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應為甲醇的催化氧化生成甲醛；在制備H₂時最好控制n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5時氫氣生成最多．

解答： 解：（1）用CO合成甲醇的反應為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），根據(jù)圖1所示，溫度升高，甲醇的物質的量減小，平衡逆向移動，則正反應放熱．
則該正反應的△H＜0，
故答案為：＜；判斷的理由是溫度升高，甲醇的物質的量減小，平衡逆向移動則正反應放熱；
（2）①圖2、3中熱化學方程式①CO（g）+H₂O（l）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol；
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-（510-419）KJ/mol=-91KJ/mol；
由蓋斯定律②-①得到二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；
②10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，從反應開始到平衡，甲醇的平均反應速率v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），
v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min），
        CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度  1       3        0        0
轉化濃度 0.75     2.25     0.75     0.75
平衡濃度 0.25     0.75     0.75      0.75
則該反應的平衡常數(shù)k=c（CH₃OH）c（H₂O）/c（CO₂）c³（H₂）=

16

3

≈5.3；
要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應使平衡向正反應方向移動，可以降溫、加壓或增大氫氣的量或將H₂O（g）從體系中分離；
故答案為：0.225 mol/（L．min）；5.3；降溫、加壓或增大氫氣的量或將H₂O（g）從體系中分離；
（3）①反應為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
   n起始      0.6       0      0
   n轉化       x         x     2x
   n平衡      0.6-x      x     2x

P2

P1

=

0.6+2x

0.6

=2.2  
x=0.36mol
則該條件下CH₃OH的平衡轉化率為

0.36

0.6

×100%=60%，
故答案為：60%；
②根據(jù)圖象可知，當n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25時，CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應為甲醇的催化氧化生成甲醛，反應的方程式為：2CH₃OH+O₂?2HCHO+2H₂O；依據(jù)圖象分析，在制備H₂時最好控制n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5時氫氣生成最多，
故答案為：2CH₃OH+O₂?2HCHO+2H₂O；0.5．

點評：本題考查了熱化學方程式書寫，化學平衡常數(shù)、移動、轉化率、反應速率等問題，要注意圖象正確分析，題目難度中等．