Question

甲醇是一种用途非常广泛的基础化工原料，可通过下列反应合成：

Ⅰ．CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）△H₁

Ⅱ．CO₂（g）+3H₂（g） CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂

Ⅲ．CO（g）+H₂O（g） CO₂（g）+H₂（g）△H₃

回答下列问题

（1）反应（Ⅰ）的△S________（填“>”或“<”）0，△H₁=________（用△H₂、△H₃表示）。

（2）上述反应的平衡常数的自然对数值lnK_P（K_P为以分压表示的平衡常数）与温度的关系如图甲所示

①反应（Ⅱ）的△H________（填“>”或“<”）0。

②480K时，lnK_P（Ⅰ）+lnK_p（Ⅱ）+lnK_p（Ⅲ）=________。

③某温度下，向某恒容密闭容器中充入0.1 molCO和0.2molH₂发生反应（Ⅰ），达到平衡时，CO的转化率为90%，若平衡时总压强5MPa，则K_P=________（K_P为以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数）。

（3）若用CO和CO₂混合气体合成甲醇，起始时均控制 =2.60，CO的平衡转化率X（CO）与温度及压强的关系如图乙所示。下列说法正确的是_____（填字母）。

A  p₁<p₂<p₃

B 升高温度，反应速率和X（CO）均减小

C 起始时若p₂=7.2MPa，则H₂的分压为5.2MPa

D 其他条件不变，增大 ，X（CO）增大

Answer

< △H2+△H3 < -8 12.96 CD

【解析】

(1)根据反应前后气体分子数变化确定ΔS；根据盖斯定律计算反应的ΔH1；

(2)①根据温度对K的影响分析反应的热效应；

②根据图像中温度为480K时各反应的lnKp值进行计算即可；

③根据平衡三段式，结合Kp的表达式进行计算；

(3)A.结合压强对平衡移动的影响分析；

B.结合温度对反应速率和平衡移动的影响分析；

C.根据压强之比等于物质的量之比进行计算；

D.根据浓度对平衡移动的影响分析。

(1)反应Ⅰ反应后气体分子数减小，则ΔS<0；已知：Ⅱ．CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H2，Ⅲ．CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)△H3，根据盖斯定律，由Ⅱ+Ⅲ可得CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，则反应Ⅰ是反应热ΔH1= △H2+△H3；

(2)①由图可知，当温度升高时，lnKp减小，则Kp减小，说明升高温度，平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，因此ΔH<0；

②由于反应Ⅰ可以通过反应Ⅱ和Ⅲ相加得到，所以Kp(Ⅰ)= Kp(Ⅱ) Kp(Ⅲ)，所以lnKp(Ⅰ)= Kp(Ⅱ) +Kp(Ⅲ)=-4，由图可知，当温度为480K时，lnKp(Ⅰ)=-4，所以lnKp(Ⅰ)+lnKp(Ⅱ)+lnKp(Ⅲ)=-4-4=-8；

③平衡时CO的转化率为90%，则参与反应的n(CO)=0.1mol×90%=0.09mol，根据反应的化学方程式可知，参与反应的n(H2)=0.09mol×2=0.18mol，反应生成的n(CH3OH)=0.09mol；则反应达到平衡时n(CO)=0.1mol-0.09mol=0.01mol、n(H2)=0.2mol-0.18mol=0.02mol、n(CH3OH)=0.09mol；则平衡时CO产生的分压，H2产生的分压，CH3OH产生的分压，因此该反应用分压表示的平衡常数；

(3)A.由于合成甲醇的反应为气体分子数减小的反应，因此增大压强，平衡正向移动，CO的转化率增大，因此相同温度下， 转化率越大，压强越大，故p1>p2>p3，故A错误；

B.升高温度，反应速率加快，故B错误；

C.由于， 因此可令n(H2)=2.60mol、n(CO+CO2)=1.00mol，根据压强之比等于物质的量之比，可得等式 ， 即， 解得p(H2)=0.52MPa，故C正确；

D.其他条件不变时，增大 ， 则相当于增大c(H2)，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，故D正确；

故答案为：CD。