甲醇是一种重要的化工原料，广泛应用于化工生产，也可以直接用作燃料．（1）工业上可通过CO和H2化合来制备甲醇．已知某些化学键的键能数据如表：化学键C-CC-HH-HC-OC≡O

Question

甲醇是一种重要的化工原料，广泛应用于化工生产，也可以直接用作燃料．

（1）工业上可通过CO和H₂化合来制备甲醇．已知某些化学键的键能数据如表：

化学键	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O	H-O
键能/kJ•mol-1	348	413	436	358	1072	463

工业通过CO和H₂化合来制备甲醇的热化学方程式为___；
（2）工业上由甲醇制取甲醛的两种方法如下（有关数据均为在298K时测定）：
反应Ⅰ：CH₃OH（g）═HCHO（g）+H₂（g）△H₁=+92.09kJ/mol，K₁=3.92×10^-11
反应Ⅱ：CH₃OH（g）+ (1)/(2)O₂（g）═HCHO（g）+H₂O（g）△H₂=-149.73kJ/mol，K₂=4.35×10²⁹
从原子利用率看，反应___（填“Ⅰ”或“Ⅱ”．下同）制甲醛的原子利用率更高．从反应的焓变和平衡常数K值看，反应___制甲醛更有利．
（3）工业废气二氧化碳催化加氢也可合成甲醇：CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H．在密闭容器中投入1molCO₂和2.75molH₂，在不同条件下发生反应，实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示．
①二氧化碳合成甲醇正反应的△H___0 （填“>”、“<”或“=”，下同）．
②M、N两点时化学反应速率：v（N）___v（M）．
③为提高CO₂的转化率除可改变温度和压强外，还可采取的措施是___．
④图中M点时，容器体积为10L，则N点对应的平衡常数K=___（填数值，保留2位小数）．
（4）一定条件下，向容积不变的某密闭容器中加入a molCO₂和b molH₂发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g），欲使整个反应过程中CO₂的体积分数为恒定值，则a与b的关系是___．

Answer 1

解（1）CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH （g），反应的焓变可以根据反应物的总键能和生成物的总键能计算得到，焓变=反应物总键能之和-生成物总键能之和，依据图表提供的化学键的键能计算得到，）△H₁═1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ•mol^-1，热化学方程式CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH （g）△H=-116 kJ•mol^-1，
故答案为：CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH （g）△H=-116 kJ•mol^-1；
（2）因原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比，反应I的原子利用率为(30)/(32)×100%=93.7%，反应II的原子利用率为(30)/(48)×100%=62.5%；平衡常数越大越有利于反应的进行，
故答案为：Ⅰ，Ⅱ；
（3）①由图可知，压强一定时，温度越高，CH₃OH的物质的量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，△H<0，
故答案为：<；
②正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增大，故压强P₁>P₂，压强增大，反应速率也增大，所以v（N）<v（M），
故答案为：<；
③在可逆反应中，增加一种反应物浓度可以提高另一反应物的转化率，所以为提高CO₂的转化率除可改变温度和压强外，还可采取的措施是增大氢气物质的量比二氧化碳物质的量的值，
故答案为：增大氢碳比；
④图中M点时，容器体积为10L，结合M点的坐标可知，M点的CH₃OH的物质的量为0.25mol，
       根据反应CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L） 0.1      0.275      0         0
转化（mol/L）0.025     0.075     0.025     0.025  
平衡（mol/L） 0.075    0.2       0.025     0.025
K=(c(H2O)c(CH3OH))/(c3(H2)c(CO2))=(0.025×0.025)/(0．23×0.075)=1.04，
故答案为：1.04；
（4）设转化的二氧化碳的物质的量为x，
根据反应CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g），
起始    a         b         0       0
转化    x        3x        x        x  
平衡  a-x        b-3x      x        x
则CO₂的体积分数为(a-x)/(a-x+b-3x+x+x)=(a-x)/(a+b-2x)，要使(a-x)/(a+b-2x)为恒定的值，则a=b，
故答案为：a=b．