Question

【題目】Ⅰ．工業上可用CO或CO2來生產燃料甲醇。已知甲醇制備的有關化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數如下表所示：

化學反應	平衡 常數	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）據反應①與②可推導出K1、K2與K3之間的關系，則K3＝________（用K1、K2表示）。500℃時測得反應 ③在某時刻，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v正________v逆(填“>”、“＝”或“<”)。

（2）在3L容積可變的密閉容器中發生反應②，已知c(CO)—反應時間t變化曲線Ⅰ如圖所示，若在t0時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ和曲線Ⅲ。當曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ時，改變的條件是_______________。 當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時，改變的條件是______________。

Ⅱ．利用CO和H2可以合成甲醇，反應原理為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，平衡轉化率與溫度、壓強的關系如下圖所示。

（1）p1________p2(填“>”、“<”或“＝”)，理由是_________。

（2）該甲醇合成反應在A點的平衡常數K＝_________（用a和V表示）。

（3）下列措施中能夠同時滿足增大反應速率和提高CO轉化率的是________（填字母）。

A．使用高效催化劑 B．降低反應溫度

C．增大體系壓強 D．不斷將CH3OH從反應混合物中分離出來

Answer 1

【答案】K1·K2>加入催化劑；將容器的體積（快速）壓縮至2 L<甲醇的合成反應是分子數減少的反應，相同溫度下，增大壓強CO的轉化率提高C

【解析】

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

500℃時各物質的濃度商Qc=0.15×0.3/(0.1×0.83)=0.8789<K3，則反應正向進行，v正>v逆。

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

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

（3）催化劑不改變化學平衡狀態；圖中可以看出，溫度升高，CO轉化率降低，所以正反應為吸熱反應，降低溫度時，CO轉化率增大，但是化學反應速率降低；增大壓強，化學反應速率增大，平衡正向移動，CO轉化率也增大；移出甲醇后，平衡正向移動，CO轉化率增大，但是隨著反應進行，反應物濃度減小，反應速率降低。綜上所述應當選擇C。