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)　ΔH₁

反应Ⅱ：CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O(g)　ΔH₂

下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数(K_Ⅰ)：

温度	250 ℃	300 ℃	350 ℃
KⅠ	2.0	0.27	0.012

（1）在一定条件下将2 mol CO和6 mol H₂充入2 L的密闭容器中发生反应Ⅰ，5 min后测得c(CO)＝0.4 mol·L^－1，计算可得此段时间的反应速率(用H₂表示)为________mol·L^－1·min^－1。

（2）由表中数据判断ΔH₁______(填“>”“<”或“＝”)0；反应CO₂(g)＋H₂(g) CO(g)＋H₂O(g)　ΔH₃＝_________(用ΔH₁和ΔH₂表示)。

（3）若容器容积不变，则下列措施可提高反应Ⅰ中CO转化率的是______(填序号)。

a．充入CO，使体系总压强增大

b．将CH₃OH(g)从体系中分离

c．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_Ⅱ＝__________________；保持恒温恒容，将反应Ⅱ的平衡体系中各物质浓度均增大为原来的2倍，则化学平衡_______(填“正向”“逆向”或“不”)移动，平衡常数K_Ⅱ__________(填“变大”“变小”或“不变”)。

（5）比较这两种合成甲醇的方法，原子利用率较高的是______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。

Answer

0.24 < ΔH2－ΔH1 b 正向 不变 Ⅰ

【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) △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，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(CH3OH)⋅c(H2O)/c(CO2)⋅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大为原来的2倍，相对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KⅡ不变，故答案为：c(CH3OH)⋅c(H2O)/c(CO2)⋅c3(H2)；正向；不变。

(5) 原子利用率是指被利用的原子数比上总原子数，公式为原子利用率=（预期产物的总质量/全部反应物的总质量）×100%，副产物越少原子利用率越高，故答案为Ⅰ。