Question

【題目】CO、CO2是含碳元素的常見(jiàn)氣體，也是參與碳循環(huán)的重要物質(zhì)。

(1)利用煤化工中產(chǎn)生的CO和H2可制取甲醇，反應(yīng)為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。實(shí)驗(yàn)室中，在1L恒容的密閉容器中進(jìn)行模擬合成實(shí)驗(yàn)。將1molCO和2molH2通入容器中，分別恒溫在300℃和500℃反應(yīng)，每隔一段時(shí)間測(cè)得容器內(nèi)CH3OH的物質(zhì)的量(單位：mol)如下表所示：

	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

①300℃和500℃對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K300℃_________K500℃(填“>”、“=”或“<”)。

②在一定條件下，下列描述中能說(shuō)明上述反應(yīng)已達(dá)平衡的是_______(填標(biāo)號(hào))。

A.容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

B.2v(H2)正=v(CH3OH)逆

C.容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變

D.單位時(shí)間內(nèi)生成nmolCO的同時(shí)生成2nmolH2

③300℃時(shí)，前10min內(nèi)，該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為v(H2)＝_________mol/(L·min)。

④下列措施能夠增大此反應(yīng)中CO的轉(zhuǎn)化率的是_________(填標(biāo)號(hào))。

A．充入CO氣體B．升高溫度

C．使用優(yōu)質(zhì)催化劑D．往容器中再充入1molCO和2molH2

⑤500℃時(shí)，保持反應(yīng)體系的溫度不變，60min時(shí)再向容器中充入CH3OH氣體和H2各0.4mol，反應(yīng)將向____________________(填“正反應(yīng)方向”、“逆反應(yīng)方向”或“不”)進(jìn)行。再次達(dá)到平衡時(shí)的平衡常數(shù)為____________L2/mol2。

(2)二氧化碳催化加氫也可合成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H。在密閉容器中投入1molCO2和2.75molH2，在不同條件下發(fā)生反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量隨溫度、壓強(qiáng)的變化如下圖所示．

①二氧化碳合成甲醇正反應(yīng)的△H______0(填“>”、“<”或“=”，下同)。

②M、N兩點(diǎn)時(shí)化學(xué)反應(yīng)速率：v(N)______v(M)。

(3)一定條件下，向容積不變的某密閉容器中加入amolCO2和bmolH2發(fā)生反應(yīng)：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，欲使整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中CO2的體積分?jǐn)?shù)為恒定值，則a與b的大小關(guān)系式是_________。

(4)以TiO2／Cu2Al2O4為催化劑，可以將COspan>2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關(guān)系如圖所示。當(dāng)乙酸的生成速率主要取決于溫度時(shí)，其影響范圍是_______________________。

Answer 1

【答案】＞ AC 0.08 D 正反應(yīng)方向 25 ＜ ＜ a=b 300℃～400℃

【解析】

（1）①根據(jù)熱效應(yīng)分析平衡常數(shù)，若為放熱反應(yīng)，則其平衡常數(shù)隨著溫度的升高而降低，若為吸熱反應(yīng)，則其平衡常數(shù)隨著溫度的升高而增大，據(jù)此分析作答。

②反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，可由此進(jìn)行判斷；

③由表可知10 min內(nèi)，甲醇的濃度變化為0.40 mol/L，根據(jù) = 先計(jì)算v(CH3OH)，再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算(H2)；

④根據(jù)CO的轉(zhuǎn)化率公式 = 100%，則需使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，或減小CO起始的物質(zhì)的量，據(jù)此分析作答；

⑤500 ℃時(shí)，保持反應(yīng)體系的溫度不變，60 min時(shí)已達(dá)到平衡，CH3OH的物質(zhì)的量為0.8 mol，體積為1L，則其濃度為0.8 mol/L，則結(jié)合反應(yīng)列出三段式得，

反應(yīng) CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
起始（mol/L）1 2 0

轉(zhuǎn)化（mol/L）0.8 1.6 0.8
平衡（mol/L）0.2 0.4 0.8

根據(jù)K=將數(shù)值帶入計(jì)算K值，當(dāng)加入新物質(zhì)后，根據(jù)濃度商Qc與K值的關(guān)系判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；溫度不變，其K值不變，據(jù)此分析作答。

（2）①由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度越高，CH3OH的物質(zhì)的量越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
②正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的物質(zhì)的量增大，結(jié)合圖可知，P1>P2，根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響作答；

（3）設(shè)轉(zhuǎn)化的二氧化碳的物質(zhì)的量為x，

則CO2的體積分?jǐn)?shù)為 = ，據(jù)此討論；

（4）根據(jù)圖示可知，乙酸的生成速率在300℃后逐漸增大，據(jù)此分析。

（1）①由表可知反應(yīng)進(jìn)行到50 min時(shí)，各物質(zhì)的濃度均保持不變，則反應(yīng)均達(dá)平衡狀態(tài)，此時(shí)300℃和500℃甲醇的平衡濃度分別為0.90 mol/L和0.80 mol/L，說(shuō)明升高溫度，不利于生成甲醇，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則K300℃＞ K500℃，

故答案為：＞；

②反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動(dòng)原理分析判斷

A. 氣體的平均摩爾質(zhì)量 = ；質(zhì)量是守恒的保持不變，但只要反應(yīng)向正向移動(dòng)則氣體的總物質(zhì)的量在減小，則當(dāng)氣體的平均摩爾質(zhì)量不變了，證明已達(dá)到平衡，故A項(xiàng)正確；

B.根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比可知，v(H2)正 = 2v(CH3OH)逆，才能說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，所以2v(H2)正 = v(CH3OH)逆，不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，則不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；

C. 反應(yīng)是前后氣體體積變化的反應(yīng)，容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變，證明達(dá)到了平衡，故C項(xiàng)正確；

D. 單位時(shí)間內(nèi)生成n mol CO的同時(shí)生成2n mol H2，不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，不一定平衡，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

故選AC；

③由表可知10 min內(nèi)，甲醇的濃度變化為0.40mol/L，所以v（CH3OH）= = =0.04 mol/（Lmin），根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則所以v（H2）= 2 v（CH3OH）=2×0.04 mol/（Lmin）= 0.08 mol/（Lmin）．
故答案為：0.08 mol/（Lmin）；

④A. 充入CO氣體，平衡雖然向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但起始CO的物質(zhì)的量增多，最終導(dǎo)致其轉(zhuǎn)化率減小，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；

B. 因反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減小，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；

C. 使用合適的催化劑，化學(xué)平衡不移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；

D. 往容器中再充入1 mol CO和2 mol H2，相當(dāng)于給反應(yīng)體系加壓，因反應(yīng)為氣體體積分?jǐn)?shù)減小的方向，所以增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故D項(xiàng)正確；

答案選D；

⑤500 ℃時(shí)，保持反應(yīng)體系的溫度不變，60 min時(shí)已達(dá)到平衡，CH3OH的物質(zhì)的量為0.8 mol，體積為1L，則其濃度為0.8 mol/L，則結(jié)合反應(yīng)列出三段式得，

反應(yīng) CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
起始（mol/L）1 2 0

轉(zhuǎn)化（mol/L）0.8 1.6 0.8
平衡（mol/L）0.2 0.4 0.8

K= = = 25 L2/mol2，再向容器中充入CH3OH氣體和H2各0.4 mol后，c(CH3OH) = 1.2 mol/L，c(H2) = 1.8 mol/L，c(CO) = 0.2 mol/L，其濃度商Qc = = L2/mol2K，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，溫度不變，再次達(dá)到平衡其K值不變，為25 L2/mol2，

故答案為：正反應(yīng)方向；25；

（2）①由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度越高，CH3OH的物質(zhì)的量越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H<0，

故答案為：<；

②正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),，甲醇的物質(zhì)的量增大，故壓強(qiáng)P1>P2，又因?yàn)閴簭?qiáng)增大，反應(yīng)速率也增大，所以 v(N) < v(M)，

故答案為：<；

（3）設(shè)轉(zhuǎn)化的二氧化碳的物質(zhì)的量為x，

則CO2的體積分?jǐn)?shù)為 = ，要使為恒定的值，則a與b的大小關(guān)系式為a=b，

故答案為：a=b；

（4）由圖2知，乙酸的生成速率在300℃后逐漸增大，催化劑已失去活性，則乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍：300400℃，

故答案為：300400℃。