Question

能問(wèn)題是人類(lèi)社會(huì)面臨的重大課題，甲醇是一種可再生能，具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)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(yīng)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(shí)驗(yàn)測(cè)得甲醇的物質(zhì)的量和溫度、時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)如圖1所示．
則該正反應(yīng)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(yīng)為：CO₂+3H₂

催化劑

CH₃OH+H₂O．
①常溫常壓下已知下列反應(yīng)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(xué)方程式為

 

．
②為探究用CO₂生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在一恒溫恒容密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，進(jìn)行上述反應(yīng)．測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖3所示．從反應(yīng)開(kāi)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(xiě)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(yīng)為；CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）；設(shè)在容積為2.0L的密閉容器中充入0.60mol CH₃OH（g），體系壓強(qiáng)為P₁，在一定條件下達(dá)到平衡時(shí)，體系壓強(qiáng)為P₂，且

P2

P1

=2.2，則該條件下CH₃OH的平衡轉(zhuǎn)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(shí)原料氣比例對(duì)反應(yīng)的選擇性（選擇性越大，表示生成的該物質(zhì)越多）影響關(guān)系如圖5所示．則當(dāng)

n(O2)

n(CH3OH)

=0.25時(shí)．CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應(yīng)方程式為

 

．在制備H₂：時(shí)最好控制

n(O2)

n(CH3OH)

=

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計(jì)算

專(zhuān)題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專(zhuān)題

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

△c

t

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

解答： 解：（1）用CO合成甲醇的反應(yīng)為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），根據(jù)圖1所示，溫度升高，甲醇的物質(zhì)的量減小，平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱．
則該正反應(yīng)的△H＜0，
故答案為：＜；判斷的理由是溫度升高，甲醇的物質(zhì)的量減小，平衡逆向移動(dòng)則正反應(yīng)放熱；
（2）①圖2、3中熱化學(xué)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(xué)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(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，甲醇的平均反應(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可以降溫、加壓或增大氫氣的量或?qū)�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?qū)�H₂O（g）從體系中分離；
（3）①反應(yīng)為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
   n起始      0.6       0      0
   n轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率為

0.36

0.6

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

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)，化學(xué)平衡常數(shù)、移動(dòng)、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率等問(wèn)題，要注意圖象正確分析，題目難度中等．