Question

能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是未来重要的绿色能源之一。

(1)已知H₂(g)、CO(g)和CH₃OH(l )的燃烧热△H分别为285.8kJ·mol^1、283.0kJ·mol^1和726.5kJ·mol^1。请回答下列问题：

①写出表示H₂燃烧热的热化学反应方程式____________________。

②甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为_________________。

(2)以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇。

Ⅰ.CH₄(g)＋H₂O(g)= CO(g)＋3H₂(g)  △H＝＋206.0kJ/mol

Ⅱ.CO(g)＋2H₂(g)= CH₃OH(g)  △H＝－129.0kJ/mol

①将2.0mol CH₄和1.0mol H₂O(g)通入容积为2L的反应容器，在一定条件下发生反应Ⅰ，测得在一定的压强下CH₄的转化率与温度的关系如图。在100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用CO表示该反应的平均反应速率为_________________。100℃时反应Ⅰ的平衡常数为_________________。

②工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有甲醇蒸气重整法。该法中的一个主要反应为CH₃OH(g) CO(g)＋2H₂(g)，请描述在其他条件不变时，温度对甲醇转化率的影响：____________________。

Answer

ΔH=-285.8 ΔH=-443.5 0.08mol/L/min 11.52 升高温度，甲醇转化率升高

【解析】

(1)①燃烧热指在25℃，101 kPa时，1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，所以H2燃烧热的热化学反应方程式为 ΔH=-285.8 kJ/mol；

②由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热可得热化学方程式：
①CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ•mol-1
②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l) △H=-726.5kJ•mol-1
根据盖斯定律，②-①可得：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)，该反应的反应热△H=-726.5kJ•mol-1-(-283.0kJ•mol-1)=-443.5kJ•mol-1，故热化学方程式为：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2 H2O(l) △H=-443.5kJ•mol-1；

(2)①将2.0molCH4和1.0mol H2O(g)通入容积为2L的反应容器，则初始c(CH4)=1mol/L，c(H2O)=0.5mol；100℃时达到平衡时甲烷的转化率为40%，所以消耗甲烷c(CH4)=0.4mol/L，则剩余c(CH4)=0.6mol/L，根据方程式可知消耗c(H2O)=0.4mol/L，则剩余c(H2O)=0.1 mol/L，生成的c(CO)=0.4mol/L，c(H2)=1.2mol/L；CO表示该反应的平均反应速率为v(CO)=；根据平衡常数定义可知K=；

②根据反应CO(g)＋2H2(g)= CH3OH(g) ΔH＝－129.0kJ/mol可知CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g) ΔH＞0，即该反应正反应为吸热反应，所以其他条件不变时，温度越高，甲醇的转化率越大。