Question

【題目】CH3OH是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用合成氣（CO和H2）來生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有CH4、C2H5OH等。已知生產(chǎn)CH3OH和副產(chǎn)物CH4的熱化學(xué)方程式分別為

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H＝－90.7 kJ·mol-1

②CO(g)+ 3H2(g)CH4(g)+H2O(g) △H＝－206.2 kJ·mol-1

回答下面問題

（1）若CO(g)和CH3OH(g)的燃燒熱△H分別為－283 kJ·mol-1和－726.1 kJ·mol-1，則H2(g)的燃燒熱△H為 。

（2）下表列出了幾種化學(xué)鍵斷裂需要的能量數(shù)據(jù)。

化學(xué)鍵	C≡O(shè)	H－H	C－H	H－O
斷裂1mol需要能量 / kJ	a	436	414	463

則a＝ 。

（3）工業(yè)生產(chǎn)CH3OH過程中，提高合成CH3OH反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是 。

（4）下表列出了在一定條件下，在3個(gè)1L容器中發(fā)生反應(yīng)①時(shí)測得的一些數(shù)據(jù)。

容器序號	溫度 / ℃	物質(zhì)的起始濃度 / mol·L－1			物質(zhì)平衡時(shí)濃度/ mol·L－1
		H2	CO	CH3OH	CH3OH
Ⅰ	100	0.2	0.1	0	0.02
Ⅱ	100	0.4	0.2	0.1
Ⅲ	200	0	0	0.10	b

① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數(shù)表達(dá)式為 ；

② 容器Ⅱ中，開始時(shí)，v(正) v(逆) （填“＜、＞、＝”） ；

③ 容器Ⅲ中，達(dá)平衡時(shí) b 0.02（填“＜、＞、＝”） ；

④ 達(dá)到平衡時(shí)，正反應(yīng)速率：容器Ⅲ中的比容器Ⅰ中的 （填“大、小、相等”）。

Answer 1

【答案】（14分）

（1）－266.9kJ/mol

（2）1067.8

（3）使用合適催化劑

（4）① ② ＞ ③ ＜ ④ 大

【解析】

試題分析：（1）由CO(g)和CH3OH(g)的燃燒熱ΔH分別為－283 kJ·mol-1和－726.1 kJ·mol-1，則可得

③CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=－283.0kJmol-1；

④CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=－726.1kJmol-1。

結(jié)合①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－90.7 kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律，（①＋④－③）÷2，可得氫氣燃燒熱ΔH=－266.9kJ/mol。

（2）根據(jù)熱化學(xué)方程式②CO(g)+ 3H2(g) CH4 (g)+H2O(g) ΔH＝－206.2 kJ·mol-1可得，

ΔH＝（a+436×3）－（414×4+463×2）＝－206.2 kJ·mol-1，則a ＝1067.8。

（3）根據(jù)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－90.7 kJ·mol-1，可知工業(yè)生產(chǎn)CH3OH過程中，提高合成CH3OH反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是使用合適催化劑。

（4）①根據(jù)方程式 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可得該反應(yīng)的的平衡常數(shù)表達(dá)式為；

② 容器Ⅰ中平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為：c(CO)=0.08mol/L、c(H2)=0.16mol/L、c(CH3OH)=0.02mol/L，則可得，平衡常數(shù)K== =。容器Ⅲ中，濃度商Qc= =＜K，則反應(yīng)應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即v(正)＞v(逆)。

③ 容器Ⅰ中所加物質(zhì)與容器Ⅲ中所加物質(zhì)相當(dāng)，根據(jù)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－90.7 kJ·mol-1，容器Ⅲ的溫度比容器Ⅰ的溫度高，溫度越高，放熱反應(yīng)逆向移動(dòng)，則達(dá)平衡時(shí)b＜0.02；

④ 容器Ⅲ的溫度比容器Ⅰ的溫度高，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越大。所以達(dá)到平衡時(shí)，：容器Ⅲ中的正反應(yīng)速率比容器Ⅰ中的大。