Question

Ⅰ.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：

①CO₂(g)+3H₂₍g)CH₃OH（g）+H₂O(g)  △H₁；

②CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H₂

③CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)  △H₃；

化学键	H-H	C-O	CO	H-O	C-H
E/（kJ·mol^-^1）	436	343	1076	465	X

回答下列问题：

(1)已知△H₂=-99 kJ·mol^-1，则根据上表相关的化学键键能（“CO”表示CO的化学键）计算X=_______ kJ·mol^-1。

(2)反应①、②、③对应的平衡常数K₁、K₂、K₃之间的关系式为___________。

(3)根据化学反应原理，分析增大压强对反应③的影响为_______________。（提示：从对反应速率、平衡状态、转化率角度回答）

Ⅱ.清洁能源具有广阔的开发和应用前景，可减小污染解决雾霾问题，其中甲醇、甲烷是优质的清洁燃料，可制作燃料电池。一定条件下用CO和H₂合成CH₃OH：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）△H=-99kJ•mol^-1。向体积为2L的密闭容器中充入2molCO和4molH₂，测得不同温度下容器内的压强（P：kPa）随时间（min）的变化关系如图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线所示：

①Ⅱ和Ⅰ相比，改变的反应条件是_________；

②反应Ⅰ在6min时达到平衡，在此条件下从反应开始到达到平衡时v（CH₃OH）=_____；

③反应Ⅱ在2min时达到平衡，平衡常数K（Ⅱ）=_________；

④比较反应Ⅰ的温度（T₁）和反应Ⅲ的温度（T₃）的高低：T₁_____T₃（填“＞”“＜”“=”）

Answer

413 K1=K2·K3（或者K3=K1/K2） 增大压强，反应速率加快，平衡不移动，反应物的转化率不变 使用催化剂 0.125 mol/（L·min） 12 ＞

【解析】

（1）由②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2=-99 kJ·mol-1，则根据表中相关的化学键键能可知：1076+2×436-3X-343-465=-99，解得X=+413；

(2)由①CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) 可知：K1=

②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 可知：K2=

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 可知：K3==

K2K3==K1，所以反应①、②、③对应的平衡常数K1、K2、K3之间的关系式为K1=K2K3；

(3)根据反应 ③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3可知，反应前后化学计量数相等的气体反应，增大压强化学反应速率增加，化学平衡不移动，平衡转化率不变；答案：增大压强，反应速率加快，平衡不移动，反应物的转化率不变；

Ⅱ.①由CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=-99kJ•mol-1和图像可知，Ⅱ和Ⅰ达到平衡状态时压强相等，但Ⅱ比Ⅰ先达到平衡状态，所以改变的反应条件应是使用了催化剂；答案：使用催化剂；

②根据三段式：

根据图像起始时压强为为平衡时压强的2倍，即=，解得x=1.5，则反应Ⅰ在6min时达到平衡时v(CH3OH)==0.125 mol/(L·min）；

③反应Ⅱ在2min时达到平衡，根据上述分析可知平衡时c(CH3OH)==0.75 mol/L，c(CO)==0.25 mol/L，c(H2)==0.5 mol/L，由CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)知K===12；答案：12；

④由CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)和图像可知，达到平衡后Ⅲ的压强小于Ⅰ，说明平衡正向移动，因为是放热反应，所以T1＞T3。