Question

11．甲醇是新型的汽车动力燃料．工业上可通过CO和H₂化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为：CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H₁=-116kJ•mol^-1
（1）该反应的平衡常数表达式为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（2）下列措施中有利于提高反应速率的是CD（双选，填字母）．
A．移去部分CH₃OH    B．减小压强    C．通入CO    D．加入催化剂
（3）已知：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1
写出1mol甲醇燃烧生成CO₂和水蒸气的热化学方程式CH₃OH （g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651 KJ•mol^-1；
（4）为研究合成气最合适的起始组成比，在1L容器中，分别在230℃、250℃和270℃下，改变CO和 H₂的起始组成比（设起始时CO的物质的量为1mol ），结果如图所示：
①230℃的实验结果所对应的曲线是X（填字母）．
②在270℃时，当CO的转化率为50%时，n（H₂）：n（CO）=1.5，并计算CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常数．（写出计算过程，保留2位小数）

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
（2）加入催化剂、升高温度、增大压强、增大物质浓度等均可以增大反应速率；
（3）已知：①CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H₁=-116kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②-①+③×2可得：CH₃OH （g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）；
（4）①CO和 H₂的起始组成比一定时，由于正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CO的转化率减小；
②温度越高，CO转化率越低，故曲线Z表示270℃，由图可知，当CO的转化率为50%时n（H₂）：n（CO）=1.5；
设CO起始物质的量为1mol，则氢气为1.5mol，转化的CO为0.5mol，则：
             CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始量（mol）：1       1.5          0
转化量（mol）：0.5 　   1           0.5
平衡量（mol）：0.5     0.5         0.5
代入平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算．

解答 解：（1）CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）的化学平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（2）A．移去部分CH₃OH，反应物浓度减低，反应速率减慢，故A错误；
B．反应各组分均为气体，减小压强，反应速率减慢，故B错误；
C．通入CO，增大反应物浓度，反应速率加快，故C正确；
D．加入催化剂，减低活化能，反应速率加快，故D正确，
故选：CD；
（3）已知：①CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H₁=-116kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②-①+③×2可得：CH₃OH （g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651 KJ•mol^-1，
故答案为：CH₃OH （g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651 KJ•mol^-1；
（4）①CO和 H₂的起始组成比一定时，由于正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CO的转化率减小，故230℃的实验结果所对应的曲线是X，
故答案为：X；
②温度越高，CO转化率越低，故曲线Z表示270℃，由图可知，当CO的转化率为50%时n（H₂）：n（CO）=1.5；
设CO起始物质的量为1mol，则氢气为1.5mol，转化的CO为0.5mol，则：
             CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始量（mol）：1       1.5        0
转化量（mol）：0.5 　   1         0.5
平衡量（mol）：0.5     0.5        0.5
容器容积为1L，故270℃时平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×0．{5}^{2}}$=4，
故答案为：1.5；4．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应速率影响因素、化学平衡图象、平衡常数、热化学方程式书写等，是对学生综合能力的考查，难度中等．