Question

【題目】Ⅰ．工業(yè)上可用CO或CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示：

化學(xué)反應(yīng)	平衡 常數(shù)	溫度/℃[
		500	800
①2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)	K1	2.5	0.15
②H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)	K2	1.0	2.50
③3H2(g)＋CO2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)	K3

（1）據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3＝________（用K1、K2表示）。500 ℃時測得反應(yīng)③在某時刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度(mol·L－1)分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時v正________v逆(填“>”、“＝”或“<”)。

（2）在3 L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，已知c(CO)—反應(yīng)時間t變化曲線Ⅰ如圖所示，若在t0時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ和曲線Ⅲ。當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ時，改變的條件是_______________。當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時，改變的條件是______________。

Ⅱ．利用CO和H2可以合成甲醇，反應(yīng)原理為CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)。一定條件下，在容積為V L的密閉容器中充入a mol CO與2a mol H2合成甲醇，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。

（1）p1________p2(填“>”、“<”或“＝”)，理由是 。

（2）該甲醇合成反應(yīng)在A點的平衡常數(shù)K＝ （用a和V表示）。

（3）該反應(yīng)達(dá)到平衡時，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的關(guān)系是CO________H2。（填“>”、“<”或“＝”）

（4）下列措施中能夠同時滿足增大反應(yīng)速率和提高CO轉(zhuǎn)化率的是________（填字母）。

A．使用高效催化劑 B．降低反應(yīng)溫度

C．增大體系壓強(qiáng) D．不斷將CH3OH從反應(yīng)混合物中分離出來

Answer 1

【答案】Ⅰ．（1）K1·K2，>；（2）加入催化劑；將容器的體積（快速）壓縮至2 L；Ⅱ．（1）<；甲醇的合成反應(yīng)是分子數(shù)減少的反應(yīng)，相同溫度下，增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高；（2）；（3）＝；（4）C。

【解析】

試題分析：I.（1）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式，K1=c(CH3OH)/[c(CO)×c2(H2)]，K2=c(CO)×c(H2O)/[c(H2)×c(CO2)]，K3=c(H2O)×c(CH3OH)/[c3(H2)×c(CO2)]，因此K3=K1×K2，代入數(shù)值，500℃K3=2.5×1.0=2.5，此時的濃度商，Qc=0.3×0.15/(0.83×0.1)≈0.88<2.5，說明反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，即v正<v逆；(2)I變成II，反應(yīng)速率加快，但是達(dá)到平衡時CO的濃度相等，說明改變的條件只能加快反應(yīng)速率，但對平衡無影響，因此改變的是催化劑；I變?yōu)镮II，反應(yīng)速率加快，CO濃度增大，改變的條件：將容器的體積（快速）壓縮至2 L；II.（1）根據(jù)勒夏特列原理，等溫下，壓強(qiáng)越大，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，CO的轉(zhuǎn)化率增大，即p1<p2；(2)達(dá)到平衡組分的濃度分別是c(CO)=(a－0.75a)/Vmol·L－1=0.25aVmol·L－1、c(H2)=(2a－2×0.75a)/Vmol·L－1=0.5a/Vmol·L－1、c(CH3OH)=0.75a/Vmol·L－1，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義，K=；(3)氫氣的轉(zhuǎn)化率為2×0.75a/2a×100%=75%，與CO的轉(zhuǎn)化率相等；（4）A、催化劑只能加快反應(yīng)速率，對化學(xué)平衡無影響，故錯誤；B、降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率降低，故錯誤；C、增大壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率增大，根據(jù)勒夏特列原理，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向體積減小的方向移動，即正反應(yīng)方向移動，故正確；D、分離出CH3OH，雖然化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，CO的轉(zhuǎn)化率增大，但化學(xué)反應(yīng)速率不增大，故錯誤。