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)不能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是__________。

A．v(H2)正=2v(CO)逆 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．CH3OCH3和H2O的體積之比不隨時(shí)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)系如圖1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(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________L。

(4)工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) ΔH2=-29.1 kJ·mol-1。科研人員對該反應(yīng)進(jìn)行了研究，部分研究結(jié)果如圖2、3：

①從反應(yīng)壓強(qiáng)對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率”看，工業(yè)制取甲酸甲酯應(yīng)選擇的壓強(qiáng)是________(填“3.5×106Pa”“4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”)。

②實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃，其理由是___________________。

Answer 1

【答案】(1)ΔH1-3ΔH2-2ΔH3；(2)c、d；(3)①放熱；②KA=KB>KC，p1<p2；③7；(4)①4.0×106Pa；②高于80℃時(shí)，溫度對反應(yīng)速率影響較小，且反應(yīng)放熱，升高溫度時(shí)平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低。

【解析】

試題分析：（1）蓋斯定律，推出：△H=ΔH1-3ΔH2-2ΔH3；（2）a、用不同反應(yīng)速率表示達(dá)到化學(xué)平衡，要求反應(yīng)方向一正一逆，且反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，v(H2)正化學(xué)反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，v(CO)逆化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，且速率之比等于4：2=2：1，能說明達(dá)到化學(xué)平衡，故錯(cuò)誤；b、平衡常數(shù)只受溫度的影響，此容器是絕熱容器，溫度發(fā)生改變，因此當(dāng)化學(xué)平衡常數(shù)不變時(shí)，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故錯(cuò)誤；c、根據(jù)密度的定義，組分都是氣體，氣體質(zhì)量不變，是恒容狀態(tài)，體積不變，因此密度不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故正確；d、兩者體積比始終相等，不能作為達(dá)到平衡的標(biāo)志，故正確；(3)①隨著溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，根據(jù)勒夏特列原理，正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)；②化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，KA和KB溫度相等，因此KA=KB，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，平衡常數(shù)減少，因此KA=KB>KC，作等溫線，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，CO的轉(zhuǎn)化率增大，即p2>p1；

③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始：10 20 0

變化： 5 10 5

平衡： 5 10 5

等溫等壓下，體積比等于物質(zhì)的量之比，開始時(shí)的容器的體積為30×10/20L=15L，

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始：10 20 0

變化： 8 16 8

平衡： 2 4 8

體積比等于物質(zhì)的量之比，即14×15/30L=7L；(4)①根據(jù)圖像，應(yīng)選擇壓強(qiáng)為4.0×106Pa，5.0×106Pa，雖然甲醇的轉(zhuǎn)化率大，但增加不多，如果選用5.0×106Pa，對設(shè)備的要求增加，成本提高，4.0×106Pa甲醇的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)夠大了，因此選擇4.0×106Pa；②高于80℃時(shí)，溫度對反應(yīng)速率影響較小，且反應(yīng)放熱，升高溫度時(shí)平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低。