Question

（19分）我國《車用燃料甲醇國家標準》的實施拉開了車用燃料低碳革命的大幕，一些省市正在陸續試點與推廣使用甲醇汽油。甲醇可通過將煤的氣化過程中生成的CO和H₂在一定條件下發生如下反應制得：CO(g) + 2H₂(g) CH₃OH(g)。圖I、圖Ⅱ是關于該反應進行情況的圖示。

請根據圖示回答下列問題：

  （1）圖I是反應時CO和CH₃OH的濃度隨時間的變化情況，從反應開始到平衡，用CO濃度變化表示平均反應速率v(CO)=_______________。

 （2）圖Ⅱ表示該反應進行過程中能量的變化，曲線a表示不使用催化劑時反應的能量變化，在圖Ⅱ中畫出使用催化劑后的能量變化曲線b。

  （3）寫出該反應的熱化學方程式                                   。

  （4）該反應的平衡常數K的表達式為                  ；當溫度升高時，該平衡常數K將________（填“增大”、“減小”或“不變”）。

（5）恒容條件下，下列措施中能使增大的有          。

A．升高溫度                              B．充人He氣   

C．再充入1molCO和2molH₂               D．使用催化劑

（6）在恒溫條件下，保持CO濃度不變，擴大容器體積，則平衡       （填“逆向移動”、“正向移動”、“不移動”）

（7）在溫度、容積相同的三個密閉容器中，按不同方式投料，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如下

容器	甲	乙	丙
投料量	1mol CO 、2mol H2	1molCH3OH	2molCH3OH
CH3OH的濃度（mol·L-1）	c1	c2	c3
反應的能量變化	放出Q1 kJ	吸收Q2 kJ	吸收Q3 kJ
體系壓強（Pa）	P1	P2	P3
反應物轉化率	α1	α2	α3

則下列關系正確的是          

A．c₁= c₂           B．Q₃ = 2Q₂        C．2 P₁＜P₃ 

D．α₁+α₂=1      E．2α₂=α₃

F．該反應若生成1molCH₃OH放出的熱量為（Q₁+ Q₂）kJ

（8）若在一體積可變的密閉容器中充入1mol CO、2mol H₂和1molCH₃OH，達到平衡時測得混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍，則該反應向       （填“正”、“逆”）反應方向移動，理由是                                        

 

Answer 1

【答案】

（1）0.075mol/(L·min) 

   （2）

   （3）CO(g) + 2H₂(g)   CH₃OH(g)；△H= -91kJ·mol^-1

   （4）    減小      

（5）C

（6）逆向移動   （7）ADF

   （8）正    反應前后氣體總質量不變，同溫同壓下達到平衡時氣體密度增大，即氣體體積縮小，平衡正向移動

【解析】

試題分析：（1）v(CO)= ==0.075mol/(L·min)。

 （2）使用催化劑降低反應活化能，但△H不變。圖象為：

（3）反應物能量比生成物能量高，反應為放熱反應，熱化學方程式為：

CO（g）+2H₂(g)=CH₃OH(g)    △H= －91kJ·mol^－1

（4）反應平衡常數表達式為，反應為放熱反應，升高溫度，平衡向左移動，K減小。

（5）升高溫度，平衡左移，減小；充入He氣和使用催化劑，平衡不移動，不變；再充入1molCO和2molH₂等效于增大壓強，平衡向右移動，增大。

（6）恒溫，K不變，保持CO濃度不變，擴大容器體積，濃度商Q>K，平衡向逆反應方向移動。

（7）甲和乙完全等效，c₁=c₂，₁+₂=1，Q₁+Q₂=91，p₁=p₂；

乙與丙比較：c₃>2c₂，Q₃<2Q₂，p₃<2p₂，₃<₂。

（8）體系中全是氣體，質量守恒，達到平衡時氣體密度增大，所以體積縮小，反應向正方向進行。

考點： 化學反應速率   熱化學方程式   勒沙特列原理  化學平衡常數  等效平衡 

點評：本題綜合性較強，尤其是（7）等效平衡的判斷難度較大。