Question

【題目】Ⅰ．工業(yè)上可用CO或CO2來(lái)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：

化學(xué)反應(yīng)	平衡 常數(shù)	溫度/℃[
		500	800
①2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)	K1	2.5	0.15
②H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)	K2	1.0	2.50
③3H2(g)＋CO2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)	K3

（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________v逆(填“>”、“＝”或“<”)。

（2）在3L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VLspan>的密閉容器中充入amolCO與2amolH2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________p2(填“>”、“<”或“＝”)，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）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(lái)

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】

(1)反應(yīng)③相當(dāng)于反應(yīng)①+②，則K3= K1·K2，500℃時(shí)K3=2.5×1.0=2.5。

500℃時(shí)各物質(zhì)的濃度商Qc=0.15×0.3/(0.1×0.83)=0.8789<K3，則反應(yīng)正向進(jìn)行，v正>v逆。

（2）與Ⅰ比較，曲線Ⅱ改變的條件化學(xué)平衡不移動(dòng)，且t0時(shí)c（CO）不變，所以應(yīng)當(dāng)是加入了催化劑；曲線Ⅲ改變的條件使t0時(shí)c（CO）由2mol/L增大至3mol/L，并且平衡時(shí)c(CO)也比曲線Ⅰ大，則改變的條件只可能是壓縮體積，且最終體積為原來(lái)的2/3即2L。

Ⅱ（1）例如200℃時(shí)，p2時(shí)CO轉(zhuǎn)化率比p1更大，則p1變化到p2時(shí)，平衡正向移（2）A點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率為75%，則平衡時(shí)，CO 0.25amol，H2 0.5amol，CH3OH 0.75amol，平衡常數(shù)K==

（3）催化劑不改變化學(xué)平衡狀態(tài)；圖中可以看出，溫度升高，CO轉(zhuǎn)化率降低，所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，降低溫度時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率增大，但是化學(xué)反應(yīng)速率降低；增大壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率增大，平衡正向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率也增大；移出甲醇后，平衡正向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，但是隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物濃度減小，反應(yīng)速率降低。綜上所述應(yīng)當(dāng)選擇C。