Question

甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料。利用合成气（主要成分为CO、CO₂和H₂）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：

①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)；△H₁

②CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH（g）+H₂O(g)；△H₂

③CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)；△H₃

回答下列问题：

（1）已知反应①中的相关的化学键键能数据如下：

化学键	H-H	C-O	CO的键能	H-O	C-H
E/（kJ.mol^-1）	436	343	1076	465	413

由此计算△H₁=    kJ.mol^-1，已知△H₂=-58kJ.mol^-1，则△H₃=             kJ.mol^-1

（2）反应①的化学平衡常数K的表达式为              ；图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为            （填曲线标记字母），其判断理由是                  。

 

（3）合成气的组成n(H₂)/n(CO+CO₂)=2.60时体系中的CO平衡转化率（a）与温度和压强的关系如图2所示。a（CO）值随温度升高而             （填“增大”或“减小”），其原因是                。图2中的压强由大到小为_________________，其判断理由是                。

Answer

（1）-99，+41；（2）K=c(CH3OH)/[c(CO)×c2(H2)]，a，反应①为放热反应，平衡常数应随温度升高变小；（3）减小；升高温度时，反应①为放热反应，平衡向向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低；P3＞P2＞P1 ，相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高。

【解析】

试题分析：(1)根据公式△H=反应物的键能总和－生成物的键能总和=1076＋2×436－(3×413＋343＋465)kJ·mol－1=－99kJ·mol－1，②－①得出：△H3=△H2－△H1=－58kJ·mol－1－(－99kJ·mol－1)=＋41kJ·mol－1；(2)化学平衡常数：达到平衡时，生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的比值，K= c(CH3OH)/[c(CO)×c2(H2)]，反应①是放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向逆反应方向进行，化学平衡常数减小，故选项a正确；（3）反应①是放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向逆反应方向进行，CO的转化率降低，反应③是吸热反应，升高温度，平很向正反应方向进行，CO的量增加，综上所述，升高温度CO的转化率降低，增大压强，根据勒夏特列原理，平衡向体积减小的方向移动，反应①增大压强，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，因此作等温线，压强越大，CO的转化率越大，即P3>P2>P1。

考点：考查反应热的计算、勒夏特列原理等知识。