Question

合成气经压缩升温后进入10m³的甲醇合成塔中，在催化剂的作用下进行甲醇合成，主要反应是：
2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）+181.6kJ．
已知：某温度下（设温度为T₁℃）此反应的平衡常数为160．
（1）此温度下，在密闭容器中加入一定量的CO和H₂，反应到某时刻测得各组分的浓度如下表：

物质	H2	CO	CH3OH
浓度/（mol/L）	0.2	0.1	0.4

比较此时正、逆反应速率的大小：v_正

 

v_逆 （填“＞”、“＜”或“=”）；若加入与上述同样多的CO和H₂，在T₂℃条件下反应，10min后达平衡时c（H₂）=0.4mol/L，则该时间内反应速率v（CH₃OH）=

 

 mol/（L?min）；
（2）在一定条件的密闭恒容的容器中，下列式子或文字描述能表示上述反应达到化学平衡状态的是

 

（选填序号）；
a．2v_逆（CO）=v_正（H₂） b．c（CO）：c（H₂）：c（CH₃OH）=1：2：1
c．混合气体的平均式量保持不变d．混合气体的密度保持不变
（3）上述反应达到平衡后，下列说法正确的是

 

（选填序号）；
a．其他条件不变，增大压强，平衡常数K＜160
b．其他条件不变，温度升高，平衡常数K会减小
c．其他条件不变，若同比例地增加CO和H₂的量平衡不会发生移动
d．其他条件不变，增大甲醇的物质的量，正反应速率也会随之逐渐增大
（4）寻找合适的催化剂来改善上述合成甲醇的条件一直是研究课题．现分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验（其他条件均相同）：
①X在T₁℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；
②Y在T₂℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；
③Z在T₃℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×10⁶倍；
已知：T₁＞T₂＞T₃，根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂并简述理由：

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,反应速率的定量表示方法,化学平衡状态的判断

专题：化学平衡专题

分析：（1）计算此时的浓度商Qc，与平衡常数比较，判断反应进行的方向，据此解答；依据图表数据计算起始量，结合三段式列式计算，根据甲氢气的浓度变化计算甲醇的浓度变化量，再根据v=

△c

△t

计算v（CH₃OH）；
（2）依据反应特征和平衡标志分析，正逆反应速率相同，各组分含量保持不变分析；
（3）a．其他条件不变，增大压强，平衡常数不变；
b．其他条件不变，温度升高，反应是放热反应，平衡逆向进行，平衡常数K会减小；
c．其他条件不变，若同比例地增加CO和H₂的量，相当于增大压强，平衡正向进行；
d．其他条件不变，增大甲醇的物质的量，平衡逆向进行，正逆反应速率也会随之逐渐增大；
（4）该反应正反应为放热反应，应选择催化活性高、速度快、反应温度较低；

解答： 解：（1）由表中数据可知，10min时氢气的浓度为0.2mol/L、CO的浓度为0.1mol/L、甲醇的浓度为0.4mol/L，则此时的浓度商Qc=

0.4

0．22×0.1

=100，小于平衡常数160，故反应向正反应方向进行，故V_正＞V_逆，依据图表计算起始量；
               2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  1       0.5       0
变化量（mol/L）  0.8     0.4      0.4
T4时（mol/L）   0.2     0.1       0.4
若加入CO、H₂后，在T₅℃反应10min达到平衡，c（H₂）=0.4mol?L^-1，由表中数据可知，l0min内氢气的浓度变化量为0.6mol/L，故甲醇的浓度变化量为0.3mol/L，故v（CH₃OH）=

0.3mol/L

10min

=0.03mol/（L?min），
故答案为：＞；0.03；
（2）2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）+181.6kJ，反应是气体体积减小的放热反应
a．反应速率之比等于化学方程式计量数之比，2v_逆（CO）=v_正（H₂），说明一氧化碳正逆反应速率相同，说明反应达到平衡状态，故a正确；
 b．c（CO）：c（H₂）：c（CH₃OH）=1：2：1，只能说明浓度比等于反应比，和起始量变化量有关，不能说明反应达到平衡，故b错误；
c．反应前后气体物质的量减小，质量不变，混合气体的平均式量保持不变，说明反应达到平衡状态，故c正确；
d．反应前后气体质量和体积不变，混合气体的密度始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故d错误；
故答案为：a c；
（3）a．其他条件不变，增大压强，平衡常数不变，故a错误；
b．其他条件不变，温度升高，反应是放热反应，平衡逆向进行，平衡常数K会减小，故b正确；
c．其他条件不变，若同比例地增加CO和H₂的量，相当于增大压强，平衡正向进行，故c错误；
d．其他条件不变，增大甲醇的物质的量，增大生成物浓度，平衡逆向进行，正逆反应速率也会随之逐渐增大，故d正确；
故答案为：b d；
（4）该反应正反应为放热反应，应选择催化活性高、速度快、反应温度较低，故选择Z，
故答案为：Z；催化活性高、速度快、反应温度较低：

点评：本题考查化学平衡常数、化学平衡影响因素、反应速率计算、反应中能量变化等，难度中等，注意理解掌握平衡常数和平衡标志的理解应用．