Question

为应对石油短缺，一碳化学研究备受关注。一碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物如甲醇、一氧化碳等为原料，制造产品的化学体系的总称。

(1)CH₃OH(g)和NH₃(g)在一定条件下反应可制得甲胺CH₃NH₂(g)。

  

①已知该反应中相关的化学键键能数据如下：

共价键	C—O	N—H	C—N	C—H
E／(kJ／mol)	a	b	c	d

则H—O键的键能为_________________kJ／mol(用含有字母的代数式表示)

②在某恒容密闭容器中进行该反应，其他条件不变的情况下，分别测得起始时CH₃OH(g)的物质的量和温度对平衡时CH₃NH₂(g)的体积分数的影响，如图所示：(图中T₁、T₂表示温度)

则T₁_________T₂(填“＞”、“＜”或“=”)；____________(填“a”、“b”或“c”)点对应的平衡状态中反应物NH₃(g)的转化率最大。b、d两点的平衡常数大小关系为K_b________K_d(填“＞”、“＜”或“=”)。

(2)甲醇在工业上可利用水煤气来合成：。将1mol CO和2mol H₂通入密闭容器中进行反应，在一定温度和压强下达到平衡时甲醇的体积分数 (CH₃OH)变化趋势如图所示：

图中Y轴表示的外界条件为________________，判断的理由是______________________。

已知v(正)=k(正)·p(CO)·p(H₂)²，v(逆)=k(逆)·p(CH₃OH)，其中k(正)、k(逆)分别为正、逆反应速率常数，p为各组分的分压。在M点所处的温度(T₃℃)和压强(p₀kPa)下，反应在20分钟达到平衡时 (CH₃OH)=10％，该温度下反应的平常数K_P=____________kPa^－2(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。若在15分钟时，此时______________(计算结果保留两位小数)

Answer

12+a+b－c ＞ c ＞ 温度 反应为放热反应，升高温度，可使平衡向逆反应方向移动，使(CH3OH)减小 3.03

【解析】

反应放出的热量=成键释放的能量-断键吸收的能量；根据图象可知，随起始时CH3OH(g)的物质的量的增加，平衡时CH3NH2(g)的体积分数先增加后减小，平衡常数仅与温度有关；反应为放热反应、气体分子数减小的反应。

(1) ①根据反应断裂了碳氧键、氮氢键，形成了碳氮键和氧氢键，设H—O键的键能为x，断键吸收的能量为(a+b) kJ／mol，成键释放的能量为（c+x）kJ／mol，则，解得x=12+a+b－c。

②当起始时CH3OH(g)的物质的量相同时，T1温度下平衡时CH3NH2(g)的体积分数小于T2温度下平衡时CH3NH2(g)的体积分数，因该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，故T1＞T2；起始时CH3OH(g)的物质的量越大，平衡正移，NH3(g)的转化率越大，则c点NH3(g)的转化率最大；平衡常数仅与温度有关，因反应为放热反应，温度越大，平衡常数越小，故b的平衡常数大于d点的。

(2)该反应为放热反应，温度升高，平衡逆移，平衡时甲醇的体积分数减小，故Y轴表示的外界条件为温度；相同条件下，气体的体积分数等于气体的物质的量分数，设平衡时甲醇的物质的量为x，则反应生成甲醇为xmol，消耗CO x mol，消耗H22xmol，平衡时CO为（1-x）mol，H2为（2-2x）mol， ，解得x=0.25mol，CO平衡分压=，H2平衡分压=，甲醇平衡分压=，则KP=kPa－2；因为v(正)=k(正)·p(CO)·p(H2)2，v(逆)=k(逆)·p(CH3OH)，当v(正)= v(逆)时，，则在15分钟时，

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