Question

甲醇是重要的化工原料，利用合成气（CO、H₂、CO₂）在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：

① CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)  ΔH₁＝-49.58 kJ/mol    K₁

② CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)           ΔH₂＝-90.77 kJ/mol   K₂

③ CO₂(g)＋H₂(g)CO(g)＋H₂O(g)       ΔH₃    K₃

（1）反应③的ΔH₃＝________，化学平衡常数K₃与K₁、K₂的代数关系是K₃＝_____。

（2）要使反应②的速率和转化率都增大，需要改变的条件是___________。在5 MPa下，要提高反应②的转化率，可采取的措施有__________、_________（答两条）。

（3）若反应①在恒容密闭容器中进行，下列可以判断该反应达到平衡的是_______（填标号）。

A．v_正(H₂)＝v_逆(CH₃OH)                B．混合气压强不变

C．c(H₂)与c(H₂O)比值不变             D．混合气密度不变

（4）在一定温度和催化剂存在下，向1 L密闭容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂发生反应①。当CO₂的平衡转化率为50%时，产物甲醇的体积分数为________，该温度下，正反应的平衡常数K＝__________。若向容器中再充入0.5 mol H₂和0.5 mol H₂O(g)，其他条件不变时平衡_______移动（填“正向”“逆向”“不”）。

Answer

+41.19 kJ/mol K1/K2 加压 降温 及时分离出甲醇 BC 16.7% 0.148 正向

【解析】

⑴根据盖斯定律第一个反应减去第二个反应得到反应③，方程式相减，平衡常数相除。

⑵反应②是体积减小的放热反应，一定压强下，从影响平衡移动分析能提高反应②的转化率的条件。

⑶A．v正(H2)＝v逆(CH3OH)，一正一逆，但速率比不等于计量系数比，不能说明达到平衡；B．反应是体积减小的反应，正向反应，压强减小，当混合气压强不变，则达到平衡；C．c(H2)与c(H2O)比值不变，则达到平衡；D．密度等于气体质量除以容器体积，气体质量不变，容器体积不变，混合气密度始终不变，因此不能作为判断平衡标志。

⑷建立三段式，计算产物甲醇的体积分数，该温度下，计算正反应的平衡常数，若向容器中再充入0.5 mol H2和0.5 mol H2O(g)，计算浓度商和平衡常数比较。

⑴根据盖斯定律第一个反应减去第二个反应得到反应③的ΔH3＝−49.58 kJ·mol−1−(−90.77 kJ·mol−1) = +41.19 kJ·mol−1，方程式相减，平衡常数相除，因此化学平衡常数K3与K1、K2的代数关系是K3＝；故答案为：+41.19 kJ·mol−1；。

⑵反应②是体积减小的放热反应，要使反应②的速率和转化率都增大，需要改变的条件是加压。在5 MPa下，降温平衡正向移动，及时的分离出甲醇，平衡正向移动，都能提高反应②的转化率；故答案为：加压；降温、及时分离出甲醇。

⑶A．v正(H2)＝v逆(CH3OH)，一正一逆，但速率比不等于计量系数比，不能说明达到平衡，故A不符合题意；

B．反应是体积减小的反应，正向反应，压强减小，当混合气压强不变，则达到平衡，故B符合题意；

C．c(H2)与c(H2O)比值不变，则达到平衡，故C符合题意；

D．密度等于气体质量除以容器体积，气体质量不变，容器体积不变，混合气密度始终不变，因此不能作为判断平衡标志，故D不符合题意。

综上所述，答案为BC。

⑷在一定温度和催化剂存在下，向1 L密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2发生反应①。当CO2的平衡转化率为50%时，，产物甲醇的体积分数为，该温度下，正反应的平衡常数，若向容器中再充入0.5 mol H2和0.5 mol H2O(g)，，其他条件不变时平衡正向移动；故答案为：16.7%；0.148；正向。