Question

甲醇合成反應(yīng)及其能量變化如圖所示：

（1）寫出合成甲醇的熱化學(xué)方程式

CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-（b-a）KJ/mol

．
實(shí)驗(yàn)室在1L的密閉容器中進(jìn)行模擬合成實(shí)驗(yàn)．將1mol CO和2mol H₂通入容器中，分別恒溫在300℃和500℃反應(yīng)，每隔一段時(shí)間測(cè)得容器內(nèi)CH₃OH的濃度如下表所示：

時(shí)間濃度（mol/L）溫度	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

（2）在300℃反應(yīng)開始10min內(nèi)，H₂的平均反應(yīng)速率為v（H₂）=

0.08mol/L?min

．
（3）在500℃達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)K=

25

．
（4）在另一體積不變的密閉容器中，充入1.2mol CO和2.0mol H₂，一定條件下達(dá)到平衡，測(cè)得容器中壓強(qiáng)為起始?jí)簭?qiáng)的一半．計(jì)算該條件下H₂的轉(zhuǎn)化率為

80%

．
（5）銅基催化劑具有活性高、選擇性好和條件溫和的特點(diǎn)，已廣泛地使用于CO/CO₂的加氫合成甲醇．該反應(yīng)中a的大小對(duì)反應(yīng)熱△H有無影響，

無影響

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)圖象分析，反應(yīng)物的能量高于生成物，反應(yīng)是放熱，反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵吸收的能量-生成物形成化學(xué)鍵放出的熱量計(jì)算得到，依據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫方法寫出；
（2）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的概念計(jì)算，化學(xué)反應(yīng)速率等于單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)濃度的變化計(jì)算得到，計(jì)算甲醇的反應(yīng)速率，依據(jù)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比；
（3）依據(jù)圖表數(shù)據(jù)依據(jù)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算得到；
（4）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算；
（5）催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡；

解答：解：（1）圖象分析，反應(yīng)物的能量高于生成物，反應(yīng)是放熱，反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵吸收的能量-生成物形成化學(xué)鍵放出的熱量計(jì)算得到，反應(yīng)的焓變△H=（a-b）KJ/mol，a＜b，所以△H=-（b-a）KJ/mol，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-（b-a）KJ/mol；
故答案為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-（b-a）KJ/mol；
（2）在300℃反應(yīng)開始10min內(nèi)，甲醇的反應(yīng)速率=

0.40mol/L

10min

=0.04mol/L?min，H₂的平均反應(yīng)速率為v（H₂）=2V（CH₃OH）=0.08mol/L?min；
故答案為：0.08mol/L?min；
（3）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，500°C反應(yīng)進(jìn)行到40min反應(yīng)達(dá)到平衡；
                   CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始量（mol/L）     1      2       0
變化量（mol/L）     0.8    1.6     0.8
平衡量（mol/L）    0.2     0.4    0.8
平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.8mol/L

0.2mol/L×(0.4mol/L)2

=25（L/mol）²；
故答案為：25；
（4）在另一體積不變的密閉容器中，充入1.2mol CO和2.0mol H₂，一定條件下達(dá)到平衡，測(cè)得容器中壓強(qiáng)為起始?jí)簭?qiáng)的一半，依據(jù)化學(xué)三段式計(jì)算，設(shè)反應(yīng)的氫氣物質(zhì)的量為x，則得到：
               CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始量（mol/L） 1.2   2.0       0
變化量（mol/L） 0.5x   x       0.5x
平衡量（mol/L）1.2-0.5x 2.0-x   0.5x
壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，（1.2-0.5x）+（ 2.0-x）+0.5x=

1.2+2.0

2

；
x=1.6mol；
該條件下H₂的轉(zhuǎn)化率為=

1.6mol

2.0mol

×100%=80%；
故答案為：80%；
（5）反應(yīng)中的a是反應(yīng)的活化能，影響因素是催化劑，催化劑改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，所以對(duì)反應(yīng)熱的影響無關(guān)；
故答案為：無影響；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式的焓變計(jì)算，圖象分析，化學(xué)平衡計(jì)算方法，平衡常數(shù)的概念應(yīng)用，題目難度中等．