Question

CH₃OH是一种重要的化工原料，工业上可用合成气（CO和H₂）来生产，主要副产物有CH₄、C₂H₅OH等。已知生产CH₃OH和副产物CH₄的热化学方程式分别为

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

回答下面问题

（1）若CO(g)和CH₃OH(g)的燃烧热△H分别为－283 kJ·mol^-1和－726.1 kJ·mol^-1，则H₂(g)的燃烧热△H为                。

（2）下表列出了几种化学键断裂需要的能量数据。

化学键	C≡O	H－H	C－H	H－O
断裂1mol需要能量 / kJ	a	436	414	463

则a＝             。

（3）工业生产CH₃OH过程中，提高合成CH₃OH反应选择性的关键因素是               。

（4）下表列出了在一定条件下，在3个1L容器中发生反应①时测得的一些数据。

容器序号	温度 / ℃	物质的起始浓度 / mol·L^－^1	物质平衡时浓度/ 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)的平衡常数表达式为             ；

② 容器Ⅱ中，开始时，v(正)           v(逆) （填“＜、＞、＝”） ；

③ 容器Ⅲ中，达平衡时 b          0.02（填“＜、＞、＝”） ；

④ 达到平衡时，正反应速率：容器Ⅲ中的比容器Ⅰ中的               （填“大、小、相等”）。

Answer

（14分）

（1）－266.9kJ/mol

（2）1067.8

（3）使用合适催化剂

（4）① ② ＞ ③ ＜ ④ 大

【解析】

试题分析：（1）由CO(g)和CH3OH(g)的燃烧热ΔH分别为－283 kJ·mol-1和－726.1 kJ·mol-1，则可得

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

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

结合①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－90.7 kJ·mol-1，根据盖斯定律，（①＋④－③）÷2，可得氢气燃烧热ΔH=－266.9kJ/mol。

（2）根据热化学方程式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，则a ＝1067.8。

（3）根据CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－90.7 kJ·mol-1，可知工业生产CH3OH过程中，提高合成CH3OH反应选择性的关键因素是使用合适催化剂。

（4）①根据方程式 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可得该反应的的平衡常数表达式为；

② 容器Ⅰ中平衡时各物质的浓度分别为：c(CO)=0.08mol/L、c(H2)=0.16mol/L、c(CH3OH)=0.02mol/L，则可得，平衡常数K== =。容器Ⅲ中，浓度商Qc= =＜K，则反应应向正反应方向移动，即v(正)＞v(逆)。

③ 容器Ⅰ中所加物质与容器Ⅲ中所加物质相当，根据CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－90.7 kJ·mol-1，容器Ⅲ的温度比容器Ⅰ的温度高，温度越高，放热反应逆向移动，则达平衡时b＜0.02；

④ 容器Ⅲ的温度比容器Ⅰ的温度高，温度越高，化学反应速率越大。所以达到平衡时，：容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大。

考点：盖斯定律、化学平衡的有关计算与平衡移动的判断