Question

CO是現(xiàn)代化工生產的基礎原料，下列有關問題都和CO的使用有關．
（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：Ni（s）+4CO（g）

50-80℃

180-200℃

Ni（CO）₄（g）該正反應的△H

 

0（選填“＞”或“=”或“＜”）．
（2）工業(yè)上可利用CO生產乙醇：
2CO（g）+4H₂（g）═CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
又已知：H₂O（l）═H₂O（g）△H₂
 CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃
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）△H
則：△H與△H₁、△H₂、△H₃之間的關系是：△H=

 

．
（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，反應如下：
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的平衡轉化率（α）與溫度（T）、壓強（p）的關系如圖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)K_A、K_B、K_C的大小關系 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如圖2中虛線為該反應在使用催化劑條件下關于 起始氫氣與CO投料比和CO平衡轉化率的關系圖．
當其條件完全相同時，用實線畫出不使用催化劑情況下C0平衡轉化率的示意圖．
⑤CO的平衡轉化率（a）與溫度（T）、壓強（p）的關系如 圖3所示，實際生產時條件控制在250℃、1.3x10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是

 

．

Answer 1

考點：轉化率隨溫度、壓強的變化曲線,熱化學方程式,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

專題：

分析：（1）由反應條件可知，低溫有利于向正反應進行，高溫有利于向逆反應進行，降低溫度平衡向放熱反應移動，據(jù)此判斷；
（2）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（3）正逆反應速率相等，各物質的濃度不發(fā)生變化時表示化學反應處于平衡狀態(tài)；
（4）根據(jù)溫度和CO的轉化率確定反應熱；
②溫度不變，化學平衡常數(shù)不變，溫度升高平衡向吸熱的方向移動，平衡常數(shù)變化；
③根據(jù)CO的轉化率求出平衡常數(shù)，再根據(jù)A、B兩點的平衡常數(shù)相同求出容器的體積；
④催化劑只改變反應速率不改變平衡移動，據(jù)此畫圖；
⑤實際生產條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是工業(yè)生產要考慮速經(jīng)濟效益，要考慮速度和效率，壓強越大需要的條件越高，花費越大．

解答： 解：（1）由反應條件可知，低溫有利于向正反應進行，高溫有利于向逆反應進行，降低溫度平衡向放熱反應移動，故該反應正反應為放熱反應，即△H＜0，
故答案為：＜；
（2）a、2CO（g）+4H₂（g）═CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
b、H₂O（l）═H₂O（g）△H₂
c、CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃
依據(jù)蓋斯定律a-c×2-3b得到：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H=△H₁-2△H₃-3△H₂；
故答案為：△H₁-2△H₃-3△H₂；
（3）A．2v（H₂）=v（CO）沒有指明正逆反應方向，故A錯誤；
B．因為CO與CH₃OCH₃的系數(shù)比為2：1，則CO的消耗速率等于CH₃OCH₃的生成速率，不能說明達到平衡，故B錯誤
C．因為反應前后氣體系數(shù)不等，容器內的壓強保持不變，說明氣體物質的量不變，已達平衡狀態(tài)，故C正確；
D．因為反應前后質量不變，體積也不變，混合氣體的密度從反應開始到平衡一直不變，不能說明達到平衡，故D錯誤；
E．因為反應前后質量不變，物質的量在變，則混合氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化，能說明達到平衡，故E正確；
故選CE；
（3）①據(jù)圖象可知，溫度升高平衡逆向移動，即逆反應方向為吸熱，所以正反應方向為放熱；故答案為：放熱；
②因B點與A點溫度相同，K不變，對于上述反應溫度升高平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)減小，所以A、B、C三點的平衡常數(shù)K_A=K_B＞K_C，故答案為：K_A=K_B＞K_C；
③T₁時，A點對應的α=0.5，據(jù)平衡常數(shù)表達式可得K=1．因B點與A點溫度相同，K不變，
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
起始（mol）  10          20            0
轉化（mol）  8           16            8 
平衡（mol）  2           4             8
則K=

C(CH 3OH)

C 2(H 2)C(CO)

=

8 V

2 V ×( 4 V ) 2

=1，解得：V=2L，
故答案為：2；
④催化劑只改變反應速率不改變平衡移動，所以用實線畫出不使用催化劑情況下C0平衡轉化率的示意圖為；
故答案為：；

⑤實際生產條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是工業(yè)生產要考慮速經(jīng)濟效益，要考慮速度和效率，壓強越大需要的條件越高，花費越大．
故答案為：在1.3×10⁴kPa下，CO的轉化率已經(jīng)很高，如果增加壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加，經(jīng)濟效益低．

點評：本題考查熱化學方程式的書寫、影響化學平衡的因素、化學平衡常數(shù)有關計算等，難度中等，注意對反應中能量的變化圖的理解，本題綜合性較大，是對熱點知識的考查；