Question

17．甲醇汽油是一種新能源清潔燃料，可以作為汽油的替代物．有關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44kJ/mol
I．寫出CH₃OH（l）不完全燃燒生成CO和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1．
II．工業(yè)上可用CO和H₂制取甲醇：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=akJ/mol．為研究該反應(yīng)平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)物投料比（反應(yīng)物投料比=$\frac{c（CO）_{起始}}{c（{H}_{2}）_{起始}}$）以及溫度的關(guān)系，研究小組在10L的密閉容器中進(jìn)行模擬反應(yīng)，并依反應(yīng)數(shù)據(jù)繪出圖：
回答下列問(wèn)題：
（1）反應(yīng)熱a＜0（填“＞”或“＜”），判斷理由是升高溫度，CO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡左移，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)．
（2）在其他條件相同，曲線I、II分別表示反應(yīng)物投料比不同時(shí)的反應(yīng)過(guò)程曲線．
①反應(yīng)物投料比I＜II（填“＞”或“＜”或“=”）．
②若按曲線II反應(yīng)，n（CO）起始=10mol，反應(yīng)物投料比=0.5，則A點(diǎn)的平衡常數(shù)（K_a）值為1，B點(diǎn)的平衡常數(shù)（K_b）值為1．
（3）為提高CO的轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)物與生成物的濃度外，還可以采取的措施有：較低溫度、增大壓強(qiáng)．

Answer 1

分析 I．根據(jù)熱化學(xué)方程式利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱并書寫熱化學(xué)方程式；
II．（1）分析圖象可知，一氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行分析反應(yīng)能量變化；
（2）①依據(jù)相同溫度下一氧化碳的轉(zhuǎn)化率變化分析投料比；
②結(jié)合投料比較少氫氣物質(zhì)的量，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，得到A點(diǎn)的平衡常數(shù)，AB是相同溫度下的平衡，平衡常數(shù)只隨溫度變化分析；
（3）為提高CO轉(zhuǎn)化率，可以增加氫氣量，提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向進(jìn)行，依據(jù)反應(yīng)特征和平衡移動(dòng)原理分析提高一氧化碳轉(zhuǎn)化率的條件是平衡正向進(jìn)行．

解答 解：I．（1）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)$\frac{1}{2}$×（①-②+③×4）得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以該反應(yīng)的△H=$\frac{1}{2}$×[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-442.8kJ•mol^-1，即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1；
II．（1）圖象可知，一氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，說(shuō)明平衡逆向，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，a＜0，
故答案為：＜；升高溫度，CO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡左移，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（2）①相同溫度下一氧化碳的轉(zhuǎn)化率變化分析投料比，Ⅰ和Ⅱ相比，Ⅰ的一氧化碳轉(zhuǎn)化率大于Ⅱ的轉(zhuǎn)化率，說(shuō)明反應(yīng)物投料比$\frac{c（CO）_{起始}}{c（{H}_{2}）_{起始}}$），Ⅰ＜Ⅱ；
故答案為：＜；
②若Ⅱ反應(yīng)的n（CO）起始=10mol、投料比為0.5，n（H₂）=20mol，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算
                         CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始量（mol/L） 1             2                 0
變化量（mol/L） 0.5          1               0.5
平衡量（mol/L） 0.5          1               0.5
A點(diǎn)的平衡常數(shù)K_A =$\frac{0.5}{0.5×{1}^{2}}$=1
AB是相同溫度下的平衡，平衡常數(shù)只隨溫度變化，所以AB平衡常數(shù)相同；
故答案為：1；1；
（3）為提高CO轉(zhuǎn)化率可采取的措施，可以增加氫氣量，提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向進(jìn)行，依據(jù)反應(yīng)特征和平衡移動(dòng)原理分析提高一氧化碳轉(zhuǎn)化率的條件是平衡正向進(jìn)行，即減小投料比、較低溫度、增大壓強(qiáng)、分離出CH₃OH，
故答案為：較低溫度、增大壓強(qiáng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡、平衡常數(shù)，反應(yīng)速率影響因素分析判斷，化學(xué)平衡計(jì)算，化學(xué)平衡的建立過(guò)程分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．