Question

【题目】煤的气化可以减少环境污染，而且生成的CO和H2被称作合成气，能合成很多基础有机化工原料。

(1)工业上可利用CO生产乙醇：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

工业上也可利用CO2(g)与H2(g)为原料合成乙醇：

2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(l) ΔH

则ΔH与ΔH1、ΔH2、ΔH3之间的关系是ΔH=____________。

(2)一定条件下，H2、CO在体积固定的绝热密闭容器中发生如下反应：4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)，下列选项不能判断该反应达到平衡状态的是__________。

A．v(H2)正=2v(CO)逆 B．平衡常数K不再随时间而变化

C．混合气体的密度保持不变 D．CH3OCH3和H2O的体积之比不随时间而变化

(3)工业可采用CO与H2反应合成再生能源甲醇，反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在一容积可变的密闭容器中充有10 mol CO和20 mol H2，在催化剂作用下发生反应生成甲醇，CO的平衡转化率(α)与温度(T)、压强(p)的关系如图1所示。

①合成甲醇的反应为______________(填“放热”或“吸热”)反应。

②A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为____________________。p1和p2的大小关系为___________。

③若达到平衡状态A时，容器的体积为10 L，则在平衡状态B时容器的体积为________L。

(4)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应的热化学方程式为CH3OH(g)+CO(g)HCOOCH3(g) ΔH2=-29.1 kJ·mol-1。科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如图2、3：

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是________(填“3.5×106Pa”“4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”)。

②实际工业生产中采用的温度是80℃，其理由是___________________。

Answer 1

【答案】(1)ΔH1-3ΔH2-2ΔH3；(2)c、d；(3)①放热；②KA=KB>KC，p1<p2；③7；(4)①4.0×106Pa；②高于80℃时，温度对反应速率影响较小，且反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低。

【解析】

试题分析：（1）盖斯定律，推出：△H=ΔH1-3ΔH2-2ΔH3；（2）a、用不同反应速率表示达到化学平衡，要求反应方向一正一逆，且反应速率之比等于化学计量数之比，v(H2)正化学反应向正反应方向进行，v(CO)逆化学反应向逆反应方向进行，且速率之比等于4：2=2：1，能说明达到化学平衡，故错误；b、平衡常数只受温度的影响，此容器是绝热容器，温度发生改变，因此当化学平衡常数不变时，说明反应达到平衡，故错误；c、根据密度的定义，组分都是气体，气体质量不变，是恒容状态，体积不变，因此密度不变，不能说明反应达到平衡，故正确；d、两者体积比始终相等，不能作为达到平衡的标志，故正确；(3)①随着温度升高，CO的转化率降低，平衡向逆反应方向进行，根据勒夏特列原理，正反应方向是放热反应；②化学平衡常数只受温度的影响，KA和KB温度相等，因此KA=KB，温度升高平衡向逆反应方向进行，平衡常数减少，因此KA=KB>KC，作等温线，增大压强平衡向正反应方向进行，CO的转化率增大，即p2>p1；

③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始：10 20 0

变化： 5 10 5

平衡： 5 10 5

等温等压下，体积比等于物质的量之比，开始时的容器的体积为30×10/20L=15L，

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

起始：10 20 0

变化： 8 16 8

平衡： 2 4 8

体积比等于物质的量之比，即14×15/30L=7L；(4)①根据图像，应选择压强为4.0×106Pa，5.0×106Pa，虽然甲醇的转化率大，但增加不多，如果选用5.0×106Pa，对设备的要求增加，成本提高，4.0×106Pa甲醇的转化率已经够大了，因此选择4.0×106Pa；②高于80℃时，温度对反应速率影响较小，且反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低。