Question

甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上一般采用下列两种反应合成甲醇。

反应Ⅰ：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)，△H₁

反应Ⅱ：C0₂(g)+3H₂(g) CH₃0H(g)+ H₂O(g)，△H₂

下表所列数据是反应I在不同温度下的化学平衡常数(K)：

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.O	0.27	0.012

（1）在一定条件下将2 molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中发生反应I，5min后测得c(CO)=0.4 mol／L，计算此段时间的反应速率(用H₂表示)___________ mol／(L·min)。

（2）由表中数据判断△H₁_____0(填“>”、“<”或“=”)反应，C0₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂0(g) △H₃=____(用△H₁和△H₂表示)。

（3）若容器容积不变，下列措施可提高反应Ⅰ中CO转化率的是_________(选字母)。

a．充入CO，使体系总压强增大   

b．将CH₃OH(g)从体系中分离

e．充入He，使体系总压强增大   

d．使用高效催化剂

（4）写出反应Ⅱ的化学平衡常数表达式：K=_________；保持恒温恒容的条件下将反应Ⅱ的平衡体系各物质浓度均增加一倍，则化学平衡_________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动，平衡常数K____(填“变大”、“变小”或“不变”)。

Answer

0.24 ＜ △H2 - △H1 b C（CH3 OH）C（H2 O）/ C（C O2）C3（H2） 正向 不变

【解析】(1)、CO浓度变化量为2mol/2L−0.4mol/L=0.6mol/L，故v(CO)=0.6mol/L÷5min=0.12mol/(L⋅min)，速率之比等于化学计量数之比，故v(H2)=2v(CO)=2×0.16mol/(L⋅min)=0.24mol/(L⋅min)，故答案为：0.24。

(2)、由表中数据可知，随温度升高平衡常数K减小，说明温度升高，平衡逆向进行，所以正向是放热反应，即△H1<0。

反应Ⅰ：CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) △H1

反应Ⅱ：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) △H2

根据盖斯定律Ⅱ−Ⅰ得到CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)，则△H3=△H2−△H1，故答案为：＜；△H2−△H1。

(3)、a.充入CO，使体系总压强增大，平衡向正反应移动，但CO的转化率降低，故a错误；b.将CH3OH(g)从体系中分离，平衡向正反应方向移动，CO转化率增大，故b正确；

c.充入He，使体系总压强增大，但各物质的浓度不变，平衡不移动，CO转化率不变，故c错误；d.使用高效催化剂，平衡不移动，CO的转化率不变，故d错误。故答案为：b。

(4)反应Ⅱ：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常数k= C（CH3 OH）C（H2 O）/ C（C O2）C3（H2），保持恒温恒容，将反应Ⅱ的平衡体系中各物质浓度均增加一倍，相当于增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动即正向移动；平衡常数仅与温度有关，所以平衡常数K不变。故答案为：C（CH3 OH）C（H2 O）/ C（C O2）C3（H2）；正向；不变。