Question

【題目】煤的氣化可以減少環(huán)境污染，而且生成的CO和H2被稱(chēng)作合成氣，能合成很多基礎(chǔ)有機(jī)化工原料。

（1）一定條件下，H2 、CO在體積固定的絕熱密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：4H2（g）＋2CO（g） CH3OCH3（g）＋H2O（g），下列選項(xiàng)能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)的有________。

A．v（H2）＝2v（CO）

B．平衡常數(shù)K不再隨時(shí)間而變化

C．混合氣體的密度保持不變

D．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化

（2）工業(yè)可采用CO與H2反應(yīng)合成再生能源甲醇，反應(yīng)：CO（g）＋2H2（g） CH3OH（g），在一容積可變的密閉容器中充有10 mol CO和20 mol H2，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇。CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T ）、壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如下圖1所示。

①合成甲醇的反應(yīng)為_(kāi)_______（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)。

②A、B、C三點(diǎn)的平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小關(guān)系為_(kāi)_______，p1和p2的大小關(guān)系為_(kāi)_____。

③若達(dá)到平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為10 L，則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積為_(kāi)______ L。

④ CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T ）、壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如上圖2所示，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)條件控制在250 ℃ 、1．3×104 kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是_________________。

Answer 1

【答案】（1） B D

（2）① 放熱 ② KA＝KB>KC p1<p2 ③ 2

④ 在1．3×104 kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，生產(chǎn)成本卻增加

【解析】

試題分析：（1）A．v（H2）＝2v（CO），沒(méi)有正逆反應(yīng)速率，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；B．該反應(yīng)過(guò)程中有能量變化，在絕熱密閉容器中，若反應(yīng)發(fā)生，容器中的溫度發(fā)生變化，K也發(fā)生變化，當(dāng)平衡常數(shù)K不再隨時(shí)間而變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；C．在體積固定的密閉容器中，質(zhì)量和體積始終保持不變，混合氣體的密度始終保持不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；D．該反應(yīng)左右氣體系數(shù)和不相等，根據(jù)M=m÷n，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化時(shí)說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；答案選BD。

（2）①根據(jù)圖1，升高溫度，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，而升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，所以合成甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

②由圖1可知，A、B兩點(diǎn)是等溫點(diǎn)，而C點(diǎn)溫度大于A、B點(diǎn)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)降低，所以A、B、C三點(diǎn)的平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小關(guān)系為KA＝KB>KC。從P1到P2，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)為系數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向系數(shù)減小的方向移動(dòng)，所以p1<p2。

③密閉容器中充有10 mol CO和20 mol H2，若達(dá)到平衡狀態(tài)A時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則平衡時(shí)CO為5mol，氫氣為10mol，甲醇為5mol，總物質(zhì)的量為20mol，在平衡狀態(tài)B時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為80%，則平衡時(shí)CO為2mol，氫氣為4mol，甲醇為8mol，總物質(zhì)的量為14mol，A、B兩點(diǎn)的溫度相同，化學(xué)平衡常數(shù)不變，設(shè)容器的體積為V，則0．5÷（0．5×1）=8/V÷2/V×（4/V）2，解得V=2。

④在1．3×104 kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，生產(chǎn)成本卻增加，所以實(shí)際生產(chǎn)時(shí)條件控制在250 ℃ 、1．3×104 kPa左右。