Question

CO和H₂被称为合成气，用合成气可以合成乙酸。回答下列问题：

(1)已知CO、H₂、CH₃COOH的燃烧热分别为-283.0kJ/mol、-285.8kJ/mol、-1255.0kJ/mol，则用合成气合成CH₃COOH(l)的可逆过程的热化学反应方程式为______；

(2)在密闭容器中发生合成乙酸的反应，下列可以提高CH₃COOH产率的措施有________。

A．恒温恒容，通入少量氦气 　    B．及时分离出产物乙酸

C．加入高效催化剂                D．压缩容器体积

(3)在150℃时，2L的密闭容器中发生反应：2H₂(g)+2CO(g)⇌CH₃COOH(g)    ΔH＞0，起始通入4molH₂和4molCO，CH₃COOH蒸汽的浓度数据随时间变化如下表所示：

时刻/min	0	2	4	6	8
c(CH3COOH)/mol/L	0	0.3	0.5	0.6	0.6

①0~2min内用CO表示该反应的速率为______，随着反应的进行速率逐渐减慢的可能原因是________；

②150℃时该反应的平衡常数的数值约为_________；(计算结果保留一位小数)

③平衡后再通入1molH₂，则CH₃COOH(g)的体积分数________，若再次通入1molH₂和1molCO，则CH₃COOH(g)的体积分数_________。(填“增大”“减小”或者“不变”)

Answer

2H2(g)+2CO(g)⇌CH3COOH(l) ∆H=+117.4kJ/mol BD 0.3mol/(L·min) 随着反应的进行反应物浓度降低 1.5 减小 增大

【解析】

(1)用燃烧热的含义和盖斯定律解答；

(2)用勒夏特列原理解答；

(3)用化学反应速率的定义和速率与化学计量数的关系可求用CO表示的速率；用化学平衡常数的含义以及平衡时各物质的浓度求K；用勒夏特列原理和等效平衡理论解释条件改变引起的CH3COOH的体积分数的变化。

(1)根据CO、H2、CH3COOH的燃烧热可写出热化学方程式：①CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-283.0kJ/mol，②H2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8kJ/mol ，③CH3COOH(l)+2O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1255.0kJ/mol，用合成气合成CH3COOH(l)：①×2＋②×2－③可得：2H2(g)+2CO(g)⇌CH3COOH(l) ∆H=(-283.0kJ/mol) ×2＋(-285.8kJ/mol) ×2－(-1255.0kJ/mol)＝ +117.4kJ/mol；

(2) 提高反应2H2(g)+2CO(g)⇌CH3COOH(l)中乙酸的产率，应使平衡正向移动。

A．恒温恒容，通入少量氦气，对反应无影响，不能提高乙酸的产率；

B．及时分离出产物乙酸，可以使平衡正移，从而提高乙酸的产率；

C．催化剂不影响平衡，使用高效催化剂，不能提高乙酸的产率；

D．压缩容器体积，可以使平衡正向移动，从而提高乙酸的产率；

故选BD。

(3)① 0~2min内CH3COOH浓度变化为0.3mol/L，用CH3COOH表示该反应的速率为0.3mol/L÷2min=0.15 mol/(L·min)，根据同一反应用不同物质表示的速率之比等于方程式的计量数之比，所以用CO表示该反应的速率为0.15 mol/(L·min)×2=0.3mol/(L·min)。随着反应的进行，反应物浓度降低，速率逐渐减慢；

②平衡时c(CH3COOH)=0.6mol/L ，所以变化的c(CH3COOH)即为0.6mol/L，则变化的CO和H2浓度均为1.2mol/L，起始时c(CO)=c(H2)=4mol÷2L=2mol/L，所以平衡时c(CO)=c(H2)=2mol/L-1.2mol/L=0.8mol/L，该反应的平衡常数K===1.5；

③平衡后再通入1molH2，可以看做起始时通入的是5molH2和4molCO，由于不是按照方程式的计量数比投料，所以平衡时CH3COOH(g)的体积分数比起始时按方程式的计量数比投料要低；若在恒温恒容时再次通入1molH2和1molCO，则相当于增大压强，平衡会正向移动，所以CH3COOH(g)的体积分数增大。