Question

能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，研究甲醇具有重要意义。

（1）用CO合成甲醇的反应为：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)在容积为1L。的密闭容器中分别充入1molCO和2molH₂，实验测得甲醇的物质的量和温度、时间的关系曲线如图所示。则该正反应的△H_______0（填“＜”、“＞”或“=”），判断的理由是______。

（2）利用工业废气中的CO₂可制取甲醇，其反应为：CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O。

①常温常压下已知下列反应的能量变化如下图所示：

由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式为_______。

②为探究用CO₂生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验：在一恒温恒容密闭容器中，充入1molCO₂ 和3molH₂，进行上述反应。测得CO₂。和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。从反应开始到平衡，v(H₂)=_______ ；该温度下的平衡常数数值K=______。能使平衡体系中n(CH₃OH)/n(CO₂))增大的措施有_______（任写一条）。

（3）工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种。

①甲醇蒸汽重整法。主要反应为；CH₃OH(g)  CO(g)+2H₂(g)设在容积为2.0L的密闭容器中充入0. 60 molCH₃OH(g)，体系压强为P₁，在一定条件下达到平衡时，体系压强为P₂，且P₂/P₁ =2.2，则该条件下CH₃OH   的平衡转化率为______ 。

②甲醇部分氧化法。在一定温度下以Ag/CeO₂－ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性（选择性越大，表示生成的该物质越多）影响关系如图所示。则当n(O₂)／n(CH₃OH) =0.25时。CH₃OH与O₂发生的主要反应方程式为______ 。在制备H₂：时最好控制n(O₂))/n(CH₃OH)=______。

Answer

（1）＜温度升高，平衡时甲醇的量减少，平衡逆向移动，则正反应放热（或温度升高，平衡常数减小，平衡逆向移动，则正反应放热）。（2）① CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-50KJ/mol. ②0.225mol/(L·min)  5.3  降低温度（或加压或增大H2的量或将H2O蒸汽从体系中分离等）。（3） ①60﹪  ②2CH3OH+ O2 =2HCHO+ 2H2O  0. 5

【解析】

试题分析：（1）当反应达到平衡后，由于升高温度，n(CH3OH)减小，平衡时CH3OH的含量降低，说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动。根据平衡移动原理，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动。逆反应方向是吸热反应，所以正反应是放热反应。故△H＜0. （2） ①由图一可知：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(l)  △H=41KJ/mol, 由图二可知：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)  △H= -91KJ/mol.将两式相加可得：CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-50KJ/mol. ② V(CO2)= (1.00-0.25) mol/L÷10min= 0.075mol/(l·min). V(H2):V(CO2)=3:1,所以V(H2)=3 V(CO2)= 0.225mol/(L·min) . 在该温度下的平衡常数数值由于反应 CO2(g) +3H2(g)= CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-50KJ/mol.的正反应是一个放热反应，所以降低温度能使平衡体系中n(CH3OH)/n(CO2)增大。另外比如加压、增加H2的量或将水蒸气从混合物中分离出来等措施也能使平衡体系中n(CH3OH)/n(CO2))增大。（3）反应开始时n(CH3OH)=0.6mol,n(CO)=0mol,n(H2)=0mol.假设反应过程中CH3OH改变的物质的量为X，则达到平衡时各物质的物质的量为n(CH3OH)= (0.6-X)mol, n(CO) =Xmol n(H2)=2Xmol,对于体积固定的密闭容器中的气体反应来说，反应前后的压强比等于它们的物质的量的比。所以(0.6+2X)÷0.6=2.2,解得X=0.36.所以CH3OH的平衡转化率为0.36÷0.6×100﹪=60﹪。②由图可知当n(O2)／n(CH3OH) =0.25时得到的产物是甲醛，CH3OH与O2发生的主要反应方程式为2CH3OH + O2=2HCHO+ 2H2O。在制备H2时由于在n(O2)／n(CH3OH) =0.5时选择性最高，所以最好控制n(O2))/n(CH3OH)= 0.5。

考点：考查关于甲醇燃料电池的化学反应原理及制法等知识。