Question

C1化学又称一碳化学,研究以含有一个碳原子的物质为原料合成工业产品的有机化学及工艺，因其在材料科学和开发清沽燃料方面的重要作用已发展成为一门学科。燃煤废气中的CO、CO₂均能转化为基础化工原料、清洁能源甲醇：

①3H₂(g)+CO₂(g)  CH₃OH (g) + H₂O(l)   △H₁

②CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)           △H₂

Ⅰ．已知：18g水蒸气变成液态水放出44KJ的热量。

化学键	C-H	C-O	C=O	H-H	O-H
键能/KJ/mol	412	351	745	436	462

则△H₁_____________________

Ⅱ．一定条件下，在恒容的密闭容器中投入1molCO 和2mol H₂，反应②在催化剂作用下充分反应，CH₃OH在平衡混合气中的体积分数在不同压强下随温度的变化如图l所示：

（1）图中压强的相对大小是P₁______P₂（填“>”“<”或“=”），判断的理由是________

（2）A、B、C三点的化学平衡常数的相对大小K(A)______K(B)_____ K(C)（填“>”“<”或“=”) ，计算C点的压强平衡常数K_p=__________（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×体积分数）

（3）300℃，P₂条件下，处于E点时V_正________V_逆（填“>”“<”或“=”）

（4）某温度下，不能说明该反应己经达到平衡状态的是______________。

a．容器内的密度不再变化

b. 速率之比v(CO):v(H₂): v(CH₃OH）=l: 2:l

c．容器内气体体积分数不再变化

d. 容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化

e．容器内各组分的质量分数不再变化

（5）反应开始至在C点达平衡，各物质的浓度随时间变化曲线如图2所示，保持温度不变，t₁时改变条件为_________，此时平衡_______。（填“正向移动”“逆向移动”“不移动” )

Ⅲ.工业上可通过甲醛羰基化法制取甲酸甲酯，25℃时，其反应的热化学方程式为：CH₃OH(g)+CO(g) HCOOCH₃(g)，部分研究如下图所示：

①根据反应体系的压强对甲醇转化率的影响并综合考虑生产成本因素的是_____（填下列序号字母）

a. 3.5×10⁶Pa            b. 4.0×10⁶Pa           c. 5.0×10⁶Pa

②用上述方法制取甲酸甲酯的实际工业生产中，采用的温度是80℃，其理由是_______

Answer

-219KJ/mol > 由图像可知，当温度不变时，P1条件下达平衡CH3OH的体积分数最大，反应②正向为气体体积减小的反应，其他条件不变时，加压平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大。 > = 27/P22 > ab 通H2保持H2浓度不变，将容器体积变为原来的两倍 平衡不移动 b 低于80，反应速率较小；高于80，温度对反应速率影响较小，而反应为放热反应，升高温度平衡逆向转移，转化率降低

【解析】Ⅰ．反应热＝反应物键能之和－生成物键能之和，又因为18g水蒸气变成液态水放出44kJ的热量，则△H1＝（3×436+2×745－3×412－351－462－2×462-44）kJ/mol＝－219kJ/mol。

Ⅱ．（1）由图像可知，当温度不变时，P1条件下达平衡CH3OH的体积分数最大，反应②正向为气体体积减小的反应，其他条件不变时，加压平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大，所以P1＞P2。（2）根据图像可知升高温度甲醇含量降低，所以正反应是放热反应。A点温度低于B点，B和C点温度相同，因此正反应A、B、C三点的化学平衡常数的相对大小K(A)＞K(B)＝K(C)。C点甲醇含量为0.5，

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始量（mol） 1 2 0

转化量（mol） x 2x x

平衡量（mol） 1-x 2-2x x

则，解得x＝0.75，所以C点的压强平衡常数Kp=。（3）300℃，P2条件下，E点要达到平衡状态甲醇的含量升高，平衡向正反应方向进行，则处于E点时V正＞V逆；（4）a．密度是混合气体的质量和容积的比值，在反应过程中二者均不变，所以容器内的密度不再变化不能说明反应达到平衡状态，a错误；b. 速率之比v(CO):v(H2): v(CH3OH）=l: 2:l不能说明正逆反应速率相等，不一定处于平衡状态，b错误；c．容器内气体体积分数不再变化说明反应达到平衡状态，c正确；d. 混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化说明反应达到平衡状态。d正确；e．容器内各组分的质量分数不再变化说明反应达到平衡状态。e正确，答案选ab；（5）根据图像可知氢气浓度不变，而其余物质的浓度变为原来的1/2，所以保持温度不变，t1时改变条件为通H2保持H2浓度不变，将容器体积变为原来的两倍，此时浓度熵仍然等于平衡常数，因此平衡不移动；

Ⅲ.①根据图像可知 4.0×106Pa时甲醇的转化率已经很高，而增大压强转化率变化不大，但会增加生产成本，所以答案选b；②低于80，反应速率较小；高于80，温度对反应速率影响较小，而反应为放热反应，升高温度平衡逆向转移，转化率降低，因此制取甲酸甲酯的实际工业生产中，采用的温度是80℃。