Question

15．中国科学院大连化学物理研究所的“甲醇制取低碳烯烃（DMTO）技术”获2014年度国家技术发明一等奖，该技术是先由煤气化制取合成气，再由合成气制取甲醇）
1）煤气化包含一系列化学反应，已知：
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ•mol^-1，
C（s）+CO₂（g）=2CO（g））△H₂=+172kJ•mol^-1；
则反应CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的△H₃=-40.7kJ•mol^-1；
（2）以投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2制取甲醇，发生反应，CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H，温度、压强与CO的平衡转化率关系如下图所示：
①△H＜0，P₁＜P₂，（填“＞”或“＜”）
②比较图中M、N两点对应温度下反应的平衡常数大小：K（M）＞（填“＞”或“＜”或“=”）K（N）
③若提高起始时的投料比[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$]，则CO的平衡转化率将增大（填”增大““减小”或“不变”）．
④实际工业生产中大多采用的条件为5MPa和230～270℃，由下表可知其优点是低压法所需设备要求低，副反应少，催化剂易再生．

方法	催化剂	条件		备注	特点
		压力/MPa	温度/℃
高压法	ZnO-Cr2O3 二元催化剂	25-30	380-400	1924年工业化	（1）催化剂不易中毒，再生困难 （2）副反应多
低压法	CuO-ZnO-Al2O3 三元催化剂	5	230-270	1966年工业化	（1）催化剂易中毒，再生容易 （2）副反应少

Answer 1

分析 （1）已知：
①C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ•mol^-1，
②C（s）+CO₂（g）=2CO（g））△H₂=+172kJ•mol^-1；
根据盖斯定律①-②得CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）据此计算；
（2）①分析图象可知，一氧化碳转化率随温度升高减小，说明平衡逆向进行分析反应能量变化；
增大压强，平衡向着气体体积减小的方向移动；
②该反应为放热反应，温度越高，K越小；
③增大氢气的浓度，平衡正向移动；
④由表可知其优点是：1、压强低，对设备要求不高；2、反应温度低，节省能源；3、催化剂再生容易，副反应少．

解答 解：（1）①C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ•mol^-1，
②C（s）+CO₂（g）=2CO（g））△H₂=+172kJ•mol^-1；
根据盖斯定律：由①-②得CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g），△H₃=-40.7kJ•mol^-1；
故答案为：-40.7；
（2）①由图象可知，一氧化碳转化率随温度升高减小，说明升高温度，平衡逆向移动，正反应为放热反应，故△H＜0；
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g），增大压强，平衡正向移动，CO的转化率增大，故P₁＜P₂，
故答案为：＜，＜；
②由图可以N点的温度高于M点，由于该反应为放热反应，温度越高，K越小，所以M点对应的平衡常数K大于N点对应的平衡常数；
故答案为：＞；
③提高起始时的投料比[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$]，相当于增大氢气的浓度，平衡正向移动，CO的平衡转化率将增大，
故答案为：增大；
④由表可知其优点是：1、压强低，对设备要求不高；2、反应温度低，节省能源；3、催化剂再生容易，副反应少；
故答案为：低压法所需设备要求低，副反应少，催化剂易再生．

点评 本题考查盖斯定律的应用、化学平衡的影响因素、平衡常数的应用等，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和解决问题的能力．