Question

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

（1）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＝_______________________。

（2）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）= 2 v（CO）

B．平衡常數(shù)K不再隨時間而變化

C．混合氣體的密度保持不變

D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化

（3）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10molCO和20mol 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)系如下圖所示。

①合成甲醇的反應(yīng)為___________（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___________。P1和P2的大小關(guān)系為___________。

③若達(dá)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。

④CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如下圖所示，實(shí)際生產(chǎn)時條件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是__________________。

Answer 1

【答案】 ΔH1 -3ΔH2-2ΔH3 BD 放熱 KA=KB>KC P1<P2 2 在1.3×104Pa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】（1）已知：①2CO（g）＋4H2（g）CH3CH2OH（g）＋H2O（g） ΔH1

②H2O（l）=== H2O（g） ΔH2

③CO（g）＋H2O（g） CO2（g）＋H2（g） ΔH3

根據(jù)蓋斯定律，則①﹣②×3﹣③×2得2CO2（g）＋6H2（g） CH3CH2OH（g）＋3H2O（l），則：ΔH =ΔH1﹣3ΔH2﹣2ΔH3；

（2）A、2v(H2)=v(CO)中未指明正逆反應(yīng)速率，不能說明已達(dá)到化學(xué)平衡，選項(xiàng)A錯誤；B、平衡常數(shù)與濃度、壓強(qiáng)無關(guān)，只與溫度有關(guān)，溫度一定時平衡常數(shù)為定值，絕熱密閉容器中，容器中的溫度隨著反應(yīng)進(jìn)行不斷變化，則平衡常數(shù)不斷變化，當(dāng)平衡常數(shù)不變時說明已達(dá)到了平衡狀態(tài)，選項(xiàng)B正確；C、容器體積不變，混合氣體總質(zhì)量不變，混合氣體密度始終保持不變，不能說明已達(dá)到平衡狀態(tài)，選項(xiàng)C錯誤；D、混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行氣體物質(zhì)的量減小，混合氣體平均相對分子質(zhì)量減小，當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化，說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，選項(xiàng)D正確。答案選BD；

（3）①由圖1可知，壓強(qiáng)一定時，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，即正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；②平衡常數(shù)與壓強(qiáng)無關(guān)，只與溫度有關(guān)，A、B溫度相等，則KA=KB，相同壓強(qiáng)下，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，則平衡常數(shù)減小，故KB＞KC，故KA=KB＞KC；增大壓強(qiáng)平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，已知P2條件下，CO的轉(zhuǎn)化率大，則P1＜P2；③A、B兩點(diǎn)溫度相等，壓強(qiáng)不同，平衡常數(shù)相同，對應(yīng)A點(diǎn)，CO轉(zhuǎn)化率為0.5，參加反應(yīng)CO為10mol×0.5=5mol，

CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）

開始時的物質(zhì)的量（mol）： 10 20 0

轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量（mol）： 5 10 5

平衡時的物質(zhì)的量（mol）： 5 10 5

故T1溫度下，平衡常數(shù)K=1

對應(yīng)B點(diǎn)，CO轉(zhuǎn)化率為0.8，參加反應(yīng)CO為10mol×0.8=8mol，

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

開始時的物質(zhì)的量（mol）：10 20 0

轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量（mol）：8 16 8

平衡時的物質(zhì)的量（mol）：2 4 8

設(shè)平衡時的體積為VL，則K==1，解得V=2；

④由圖3可知，在250°C、1.3×104kPa左右，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)，CO轉(zhuǎn)化率提高不大，且增大生產(chǎn)成本，故選擇250℃、1.3×104kPa左右，故為：在1.3×104Pa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。