Question

【題目】煤氣化和液化是現代能源工業中重點考慮的能源綜合利用方案。最常見的氣化方法為用煤生產水煤氣，而當前比較流行的液化方法為用煤生產CH3OH。

（1）已知：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1

2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH3

則反應CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)的ΔH＝______。

（2）如圖是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線。

①T1和T2溫度下的平衡常數大小關系是K1________K2(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②由CO合成甲醇時，CO在250 ℃、300 ℃、350 ℃下達到平衡時轉化率與壓強的關系曲線如下圖所示，則曲線c所表示的溫度為________ ℃。實際生產條件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，選擇此壓強的理由是____________。

③以下有關該反應的說法正確的是________(填序號)。

A．恒溫、恒容條件下，若容器內的壓強不再發生變化，則可逆反應達到平衡

B．一定條件下，H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時，可逆反應達到平衡

C．使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間并提高CH3OH的產率

D．某溫度下，將2 mol CO和6 mol H2充入2 L密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c(CO)＝0.2 mol·L－1，則CO的轉化率為80%

（3）一定溫度下，向2 L固定體積的密閉容器中加入1 mol CH3OH(g)，發生反應：CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g)，H2的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示。

0～2 min內的平均反應速率v(CH3OH)＝__________。該溫度下，反應CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數K＝__________。相同溫度下，在一個恒容容器中加入一定量的CO(g)和H2發生：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)的反應，某時刻測得體系中各物質的量濃度如下：C（CO）=0.25 mol·L－1，C（H2）=1.0 mol·L－1，C（CH3OH）=0.75 mol·L－1，則此時該反應_____進行（填“向正反應方向”“向逆反應方向”或“處于平衡狀態”）。

Answer 1

【答案】 ΔH1＋ΔH2－ΔH3 ＞ 350 1.3×104 kPa下CO的轉化率已經很高，如果增大壓強，CO的轉化率提高不大，而生產成本增加很多，得不償失 AD 0.125 mol·L－1·min－1 4 向正反應方向

【解析】（1）.已知：①.CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1 ②.2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2 ③.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH3

根據蓋斯定律，①＋②÷2－③÷2得：CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)，則△H＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3，故答案為：ΔH1＋ΔH2－ΔH3；

(2). ①. 由圖象可知，根據“先拐先平數值大”的原則，溫度T1＜T2，升高溫度CO的轉化率降低，說明正反應為放熱反應，平衡逆向移動，則K值減小，即K1>K2，故答案為：>；

②. 根據上述分析可知，該反應為放熱反應，升高溫度CO的轉化率降低，由圖象可知，曲線c對應的CO轉化率最低，溫度應最高，即為350℃；根據CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系圖可知在1.3×104kPa下，CO的轉化率已經很高，如果增加壓強，CO的轉化率提高不大，而生產成本增加，得不償失，故答案為：350；1.3×104kPa下CO的轉化率已經很高，如果增大壓強，CO的轉化率提高不大，而生產成本增加很多，得不償失；

③. A. 反應前后氣體的物質的量不等，恒溫、恒容條件下，若容器內的壓強不發生變化，可說明可逆反應達到平衡，故A正確；B. 無論是否達到平衡狀態，都存在H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍，因此不能判斷是否達到平衡狀態，故B錯誤；C. 使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間，但不能使平衡發生移動，故C錯誤；D. 某溫度下，將2molCO和6molH2充入2L密閉容器中，充分反應達到平衡后，測得c(CO)=0.2mol/L，則剩余0.4molCO，所以CO的轉化率為（2mol0.4mol）÷2mol×100%=80%，故D正確；故答案為：AD；

(3).平衡時氫氣的濃度為0.5mol/L，則v(H2)=0.5mol/L÷2min=0.25molL1min1，則v(CH3OH)=0.125molL1min1；

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

起始濃度(mol/L) 0.5 0 0

轉化濃度(mol/L) 0.25 0.25 0.5

平衡濃度(mol/L) 0.25 0.25 0.5

則K1==0.25，求得該反應的化學平衡常數為0.25(mol/L)2，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是該反應的逆反應，所以K＝＝＝4；

某時刻測得體系中各物質的量濃度如下：C（CO）=0.25 mol·L－1，C（H2）=1.0 mol·L－1，C（CH3OH）=0.75 mol·L－1，則此時Qc＝＝3＜K＝4，則平衡向正反應向移動；故答案為： 0.125 mol·L－1·min－1；4；向正反應方向。