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：

(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(shí)測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)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(shí)v正________(填“>”、“＝”或“<”)v逆。

(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(shí)間t變化曲線Ⅰ如圖所示，若在t0時(shí)刻分別改變一個(gè)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(shí)，改變的條件是______________。當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時(shí)，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________(填“>”、“<”或“＝”)p2，理由是_____________________________。

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

(3)該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的關(guān)系是CO________(填“>”、“<”或“＝”)H2。

(4)下列措施中能夠同時(shí)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】 K1·K2 > 加入催化劑 將容器的體積(快速)壓縮至2 L < 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 ＝ C

【解析】Ⅰ. （1）將方程式①+②得方程式③，則K3=== K1·K2；(2) 500 ℃時(shí)K3= K1·K2=2.5×1.0=2.5，Q===0.88<2.5=K3，故平衡正向移動(dòng)，v正>v逆；（2）對(duì)于反應(yīng)②：在t0時(shí)刻改變一個(gè)條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ，由圖像可知平衡時(shí)c(CO)不變，說明平衡沒有移動(dòng)，但縮短了達(dá)平衡的時(shí)間，改變的條件為加入催化劑；當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時(shí)，CO的平衡濃度由3.0mol/L迅速變?yōu)?.5 mol/L，反應(yīng)在3 L容積可變的密閉容器中發(fā)生，且該反應(yīng)兩邊氣體物質(zhì)的系數(shù)相等，則改變的條件為將容器的體積(快速)壓縮至2L；

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)= mol/L=mol/L、c(H2)= mol/L=mol/L、c(CH3OH)= mol/L，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義，K=；（3）氫氣的轉(zhuǎn)化率為×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(duì)化學(xué)平衡無影響，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B、降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率降低，選項(xiàng)B錯(cuò)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(dòng)，即正反應(yīng)方向移動(dòng)，選項(xiàng)C正確；D、分離出甲醇，雖然化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，化學(xué)反應(yīng)速率不增大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案選C。