Question

【題目】甲醇是重要的化工原料和燃料，CO、CO2在催化劑的作用下都可以合成甲醇。

Ⅰ. 工業(yè)上一般在恒容密閉容器中采用下列反應(yīng)合成甲醇：

CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g） ΔH

（1）判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是___________（填字母）。

A. CH3OH的濃度不再發(fā)生變化 B. 生成CH3OH的速率與消耗CO的速率相等

C. 氫氣的體積分?jǐn)?shù)保持不變 D. 混合氣體的密度不變

（2）為研究平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)物投料比及溫度的關(guān)系，研究小組在10 L的密閉容器中進(jìn)行模擬反應(yīng)，并繪出下圖。

①反應(yīng)熱△H_______0（填“＞”或“＜”），判斷依據(jù)是__________________________。

②若其他條件相同，Ⅰ、Ⅱ曲線分別表示投料比不同時(shí)的反應(yīng)過(guò)程。

a. 投料比：Ⅰ______Ⅱ（填“＞”、“＜”或“＝”）。

b. 若Ⅱ反應(yīng)的n（CO）起始＝10 mol、 投料比為0.5，A點(diǎn)的平衡常數(shù)KA =________，B點(diǎn)的平衡常數(shù)KB_______KA （填“＞”、“＜”或“＝”）。

③要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是_______________。（填字母）

a. 升溫 b. 加入催化劑

c. 增大壓強(qiáng) d. 加入惰性氣體

Ⅱ. 用CO2在催化劑的作用下合成甲醇的反應(yīng)為：CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）某密閉容器中充入3 mol氫氣和1 mol二氧化碳，測(cè)得混合氣體中甲醇的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如下圖所示。

（1）下圖中Q點(diǎn)的速率υ正_______υ逆（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（2）解釋T0~T1內(nèi)甲醇的體積分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)的原因_______________________。

Answer 1

【答案】 AC ＜ 溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡逆向移動(dòng)了，說(shuō)明正反應(yīng)是放熱反應(yīng) ＜ 1 ＝ c ＞ 正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)了，所以T0~T1內(nèi)甲醇的體積分?jǐn)?shù)降低

【解析】Ⅰ.（1）根據(jù)變量不變規(guī)律，判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)；

（2）①升高溫度，一氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；②由于增大氫氣的濃度有利于提高CO的轉(zhuǎn)化率，所以根據(jù)圖像可知曲線在溫度相等的條件下曲線I的轉(zhuǎn)化率大；根據(jù)三段式計(jì)算出A點(diǎn)的平衡常數(shù)，同一個(gè)反應(yīng)，溫度相同，平衡常數(shù)相同；有利于反應(yīng)向右進(jìn)行，可以增大一氧化碳轉(zhuǎn)化率。

Ⅱ.T0對(duì)應(yīng)的W點(diǎn)表示平衡狀態(tài)，T0之前為反應(yīng)正在向右進(jìn)行，未達(dá)平衡，T0之后，為升高溫度，平衡發(fā)生移動(dòng)，甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，平衡左移，正反應(yīng)放熱，據(jù)此分析解答。

Ⅰ. (1) 反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí), CO、 H2、CH3OH的濃度都不再發(fā)生變化,所以能作為判斷平衡狀態(tài)的根據(jù), A正確；無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài),生成CH3OH的速率與消耗CO的速率始終相等,且方向同向，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的根據(jù), B錯(cuò)誤；反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),各物質(zhì)濃度不變，氫氣的體積分?jǐn)?shù)保持不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C正確；混合物的質(zhì)量始終不變,容器的體積不變,所以混合氣體的密度始終不變,所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的根據(jù), D錯(cuò)誤；正確選項(xiàng)AC。

（2）①根據(jù)圖像可知在壓強(qiáng)相同的條件下，升高溫度，CO的轉(zhuǎn)化率降低, 這說(shuō)明平衡左移，因此正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0；正確答案：＜；溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡逆向移動(dòng)了，說(shuō)明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。

②a.由于增大氫氣的濃度有利于提高CO的轉(zhuǎn)化率，所以根據(jù)圖像可知曲線在溫度相等的條件下曲線I的轉(zhuǎn)化率大，所以投料比：Ⅰ＜Ⅱ；正確答案：＜。

b.若Ⅱ反應(yīng)的n(CO)起始＝10 mol、 投料比為0.5，則氫氣是20mol。A點(diǎn)轉(zhuǎn)化率是0.5，即消耗5molCO，則同時(shí)消耗1mol氫氣，生成5mol甲醇。所以平衡時(shí)CO、氫氣、甲醇的濃度分別是0.5mol/L、1mol/L、0.5mol/L，則A點(diǎn)的平衡常數(shù)KA＝；平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)系，則B點(diǎn)的平衡常數(shù)KB＝KA；正確答案：1；＝。

（3）由于正反應(yīng)是體積減小的放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡左移，CO轉(zhuǎn)化率減小，a錯(cuò)誤；而使用催化劑對(duì)平衡沒(méi)有影響，CO轉(zhuǎn)化率不變，b錯(cuò)誤；增大壓強(qiáng)，平衡右移，轉(zhuǎn)化率增大，c正確；加入惰性氣體，總壓增大，分壓不變，平衡不動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率不變，d錯(cuò)誤；正確選項(xiàng)c。

Ⅱ.（1）T0對(duì)應(yīng)的W點(diǎn)表示平衡狀態(tài)，達(dá)到平衡后，升高溫度，甲醇的含量降低，說(shuō)明平衡向右進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，Q點(diǎn)時(shí)反應(yīng)正在向右進(jìn)行，未達(dá)平衡，所以υ正＞υ逆；正確答案：＞。

（2）由于該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)了，所以T0~T1內(nèi)甲醇的體積分?jǐn)?shù)降低；正確答案：正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)了，所以T0~T1內(nèi)甲醇的體積分?jǐn)?shù)降低。