Question

（16分）CO是現(xiàn)代化工生產(chǎn)的基礎原料，下列有關(guān)問題都和CO的使用有關(guān)。

（1）人們利用CO能與金屬鎳反應，生成四羰基鎳，然后將四羰基鎳分解從而實現(xiàn)鎳的提純，最后可以得到純度達99．9%的高純鎳。具體反應為：

該正反應的ΔH 0（選填“＞”或“＝”或“＜”）。

（2）工業(yè)上可利用CO生產(chǎn)乙醇:2CO（g）＋4H2（g）CH3CH2OH（g）＋H2O（g） ΔH1

又已知：H2O（l）=== H2O（g） ΔH2

CO（g）＋H2O（g） CO2（g）＋H2（g） ΔH3

工業(yè)上也可利用CO2（g）與H2（g）為原料合成乙醇：

2CO2（g）＋6H2（g） CH3CH2OH（g）＋3H2O（l） ΔH

則：ΔH與ΔH1、ΔH2、ΔH3之間的關(guān)系是：ΔH＝_______________________。

（3）一定條件下，H2、CO在體積固定的密閉容器中發(fā)生如下反應：

4H2（g）+2CO（g）CH3OCH3（g）+H2O（g），

下列選項能判斷該反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)的有___ 。

A．2v（H2）= v（CO）

B．CO的消耗速率等于CH3OCH3的生成速率

C．容器內(nèi)的壓強保持不變

D．混合氣體的密度保持不變

E．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化

（4）工業(yè)可采用CO與H2反應合成再生能源甲醇，反應:CO（g）+ 2H2（g） CH3OH（g）

在一容積可變的密閉容器中充有10molCO和20mol H2，在催化劑作用下發(fā)生反應生成甲醇。CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、壓強（p）的關(guān)系如（圖28題-1）所示。

①合成甲醇的反應為__ __（填“放熱”或“吸熱”）反應。

②A、B、C三點的平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小關(guān)系為___ 。

③若達到平衡狀態(tài)A時，容器的體積為10L，則在平衡狀態(tài)B時容器的體積為__ __L。

④（題28-圖2）中虛線為該反應在使用催化劑條件下關(guān)于起始氫氣與CO投料比和CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖．當其條件完全相同時，用實線畫出不使用催化劑情況下CO平衡轉(zhuǎn)化率的示意圖．

⑤CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、壓強（p）的關(guān)系如（題28 -圖3）所示，實際生產(chǎn)時條件控制在250 ℃、1．3×104 kPa左右，選擇此壓強的理由是________。

Answer 1

（1）<；（2）ΔH1 -3ΔH2-2ΔH3 （3）CE；

（4）①放熱 ②KA=KB>KC ③ 2 ④

⑤在1.3×104Pa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，生產(chǎn)成本增加，得不償失。

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)反應條件可知，溫度低利于正反應的進行，溫度高利于逆反應的進行，所以該反應的正反應是放熱反應，ΔH<0；

（2）根據(jù)蓋斯定律，將已知熱化學方程式中含有的CO(g)、H2O（g）利用蓋斯定律消去可得到2CO2（g）＋6H2（g）CH3CH2OH（g）＋3H2O（l），則ΔH=ΔH1 -3ΔH2-2ΔH3；

（3）A、未指明正逆反應的方向，且氫氣的速率應是CO速率的2倍，不能判斷為平衡狀態(tài)，錯誤；B、CO的消耗速率等于CH3OCH3的生成速率，都是正反應速率，但不符合化學計量數(shù)之比，不能判斷為平衡狀態(tài)，錯誤；C、容器的體積固定，該反應是氣體的物質(zhì)的量改變的可逆反應，所以當壓強一定時，即為平衡狀態(tài)，正確；D、容器的體積不變，混合氣體的質(zhì)量不變，所以混合氣體的密度始終不變，不能判斷為平衡狀態(tài)，錯誤；E、混合氣體的質(zhì)量不變，但混合氣體的物質(zhì)的量發(fā)生改變，所以氣體的平均相對分子質(zhì)量發(fā)生變化，當氣體的平均相對分子質(zhì)量不變時，為平衡狀態(tài)，正確，答案選CE；

（4）①溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明溫度升高，平衡逆向移動，逆向為吸熱方向，所以合成甲醇是放熱反應；

②平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，反應放熱，則升高溫度，平衡常數(shù)減小，A與B的溫度相同，C的溫度高于A、B，所以C的平衡常數(shù)較小，所以三者的關(guān)系是KA=KB>KC；

③達到平衡狀態(tài)A時，容器的體積為10L，狀態(tài)A與B的平衡常數(shù)相同，則A狀態(tài)時CO的轉(zhuǎn)化率是0.5，則平衡時CO的物質(zhì)的量是10mol×(1-0.5)=5mol，濃度是0.5mol/L，氫氣的物質(zhì)的量是其2倍，為1mol/L，生成甲醇的物質(zhì)的量是5mol，濃度是0.5mol/L，所以平衡常數(shù)K=1；設B狀態(tài)時容器的體積是VL，B狀態(tài)時CO的轉(zhuǎn)化率是0.8，則平衡時，CO的物質(zhì)的量是10mol×(1-0.8)=2mol，濃度為2/Vmol/L，氫氣的物質(zhì)的量是4/Vmol/L，生成甲醇的物質(zhì)的量是8mol，濃度是8/V/mol/L，K=8/V/[2/V×(4/V)2]=1，解得V=2；

④使用催化劑可加快反應速率，縮短到達平衡的時間，但平衡狀態(tài)不會改變，所以不使用催化劑到達平衡的時間加長，相同投料比時CO的轉(zhuǎn)化率平衡時CO的轉(zhuǎn)化率不變，但CO的轉(zhuǎn)化率變化的程度較慢，圖像見答案；

⑤從圖3中可看出溫度越低、壓強越大CO的轉(zhuǎn)化率越高，當在1.3×104Pa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，生產(chǎn)成本增加，得不償失。

考點：考查化學平衡狀態(tài)的判斷，蓋斯定律的應用，對圖像的分析判斷

考點分析： 考點1：化學反應與能量 考點2：化學平衡狀態(tài)及移動 試題屬性

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