Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇時，發(fā)生的主反應如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1= -99kJmol-1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) △H2= 58kJmol-1

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3=+41kJmol-1

（1）一定溫度下，向體積為2L的密閉容器中加入CO和H2，假設只發(fā)生反應①，達平衡后測得各組分濃度如下：

物質(zhì)	CO	H2	CH3OH
濃度(molL-1)	0.9	1.0	0.6

①列式并計算平衡常數(shù)K=___。

②若將容器體積壓縮為1L，不經(jīng)計算，預測新平衡中c(H2)的取值范圍是___。

③若保持體積不變，再充入0.6molCO和0.4molCH3OH，此時v正__v逆(填“>”、“<”或“=”)。

（2）在實際生產(chǎn)中，當合成氣的組成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60時體系中的CO平衡轉化率α(CO)與溫度和壓強的關系如圖所示。

α（CO）值隨溫度升高而___（填“增大”或“減小”），其原因是___。圖中的壓強由大到小為___，其判斷理由是___。

Answer 1

【答案】L2moL-2(或0.67L2 moL-2) 1molL-1<c(H2)<2molL-1 = 減小 升高溫度時，反應①為放熱反應，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應③為吸熱反應，平衡向右移動，又使產(chǎn)生CO的量增大；從而得出：隨溫度升高，使CO的轉化率降低 p3＞p2＞p1 相同溫度下，由于反應①為氣體分子數(shù)減小的反應，加壓有利于提升CO的轉化率；而反應③為氣體分子數(shù)不變的反應，產(chǎn)生CO的量不受壓強影響。故增大壓強時，有利于CO的轉化率升高

【解析】

（1）①平衡常數(shù)K=，代入表中數(shù)據(jù)即可求出K。

②若將容器體積壓縮為1L，預測c(H2)的取值范圍，若平衡不移動，c(H2)=2.0mol/L，當平衡移動達新平衡后，c(H2)>1.0mol/L(平衡移動只能減弱這種改變，所以比原平衡時的濃度大)，最終c(H2)介于兩個極端點之間。

③若保持體積不變，再充入0.6molCO和0.4molCH3OH，利用濃度商與K進行比較，確定平衡移動的方向，從而確定v正與v逆的相對大小。

（2）從圖中可以看出，α（CO）值隨溫度升高而減小，其原因可從①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1= -99kJmol-1 ③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3=+41kJmol-1兩個反應進行分析。圖中壓強的大小關系仍可從①、③兩個反應進行分析。

（1）①平衡常數(shù)K==L2moL-2(或0.67L2 moL-2)；答案為：L2moL-2(或0.67L2 moL-2)；

②若將容器體積壓縮為1L，可預測c(H2)的取值范圍。若平衡不移動，c(H2)=2.0mol/L，當平衡移動達新平衡后，c(H2)>1.0mol/L(平衡移動只能減弱這種改變，所以比原平衡時的濃度大)，最終c(H2)介于兩個極端點之間，即1molL-1<c(H2)<2molL-1；答案為：1molL-1<c(H2)<2molL-1；

③若保持體積不變，再充入0.6molCO和0.4molCH3OH，濃度商Q==K，所以平衡不發(fā)生移動，從而確定v正=v逆。答案為：=。

（2）從圖中可以看出，α（CO）值隨溫度升高而減小，其原因為：升高溫度時，反應①為放熱反應，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應③為吸熱反應，平衡向右移動，又使產(chǎn)生CO的量增大；從而得出：隨溫度升高，使CO的轉化率降低。

對于反應①，壓強大則CO的轉化率大，對于反應③，壓強改變平衡不發(fā)生移動，CO的轉化率不變，所以，CO轉化率大，則表明壓強大，由此可得p3＞p2＞p1；其判斷理由是：

相同溫度下，由于反應①為氣體分子數(shù)減小的反應，加壓有利于提升CO的轉化率；而反應③為氣體分子數(shù)不變的反應，產(chǎn)生CO的量不受壓強影響。故增大壓強時，有利于CO的轉化率升高。答案為：減��；升高溫度時，反應①為放熱反應，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應③為吸熱反應，平衡向右移動，又使產(chǎn)生CO的量增大；從而得出：隨溫度升高，使CO的轉化率降低；p3＞p2＞p1；相同溫度下，由于反應①為氣體分子數(shù)減小的反應，加壓有利于提升CO的轉化率；而反應③為氣體分子數(shù)不變的反應，產(chǎn)生CO的量不受壓強影響。故增大壓強時，有利于CO的轉化率升高。