Question

1．煤气化和液化是现代能源工业中重点考虑的能源综合利用方案．最常见的气化方法为用煤生产水煤气，而当前比较流行的液化方法为用煤生产CH₃OH．已知制备甲醇的有关化学反应及平衡常数如表所示：

化学反应	反应热	平衡常数（850℃）
①CO （g）+2H2 （g）═CH3 OH（g）	△H1=-90.8kj/mol	k1=160（mol/L）-2
②CO2 （g）+H2 （g）═CO （g）+H2 O（g）	△H2=-41.2kj/mol	K2
③3H2 （g）+CO2 （g）═H2 O（g）+CH3 OH（g）△H 3	△H3	K3=160（mol/L）-2

（1）则反应△H₃=-132.0 kJ/mol   K₂1
（2）850℃时，在密闭容器中进行反应③开始时只加入CO₂、H₂，反应10min后测得各组分的浓度如表

物质	H2	CO2	CH3OH	H2O
浓度（mol/L）	0.2	0.2	0.4	0.4

①该时间段内反应速率v（H₂）=0.12mol/（L•min）
②比较正逆反应的速率的大小：v_正＞v_逆（填“＞、＜或=”）
③反应达到平衡后，保持其他条件不变，只把容器的体积缩小一半，平衡正向  （填“逆向”、“正向”或“不”），平衡常数 K₃不变（填“增大”“减小”“不变”）．如图1是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．

（3）由CO合成甲醇时，CO在250℃、300℃、350℃下达到平衡时转化率与压强的关系曲线如图2所示，则曲线 c 所表示的温度为350℃．实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴ kPa左右，选择此压强的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失．
（4）以下有关该反应的说法正确的是AD（填序号）．
A．恒温、恒容条件下，若容器内的压强不发生变化，则可逆反应达到平衡
B．一定条件下，H₂ 的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时，可逆反应达到平衡
C．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH₃ OH的产率
D．某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol•L^- 1，则CO的转化率为80%

Answer 1

分析 （1）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂ O（g）△H ₁=-90.8KJ/mol，
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H ₂=-41.2kJ/mol，
③CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H ₃
依据盖斯定律计算①+②得到CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H ₃；
由反应方程式可知，K₂=$\frac{{K}_{3}}{{K}_{1}}$；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
②计算此时的浓度商Qc，与平衡常数相比判断反应进行方向，据此判断速率大小；
③容器的体积缩小一半，压强增大，平衡向体积减小的方向移动；平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变；
（3）升高温度CO的转化率降低，曲线c转化来看最低，温度应最高，即为350℃，根据CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系图2，可以知道在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失；
（4）A．反应前后气体的物质的量不等，恒温、恒容条件下同，若容器内的压强不发生变化，可说明可逆反应达到平衡；
B．无论是否达到平衡状态，都存在H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍；
C．催化剂不能使平衡发生移动；
D．计算c（CO）以及剩余CO的物质的量，可计算转化率．

解答 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂ O（g）△H ₁=-90.8KJ/mol，
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H ₂=-41.2kJ/mol，
③CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H ₃
依据盖斯定律计算①+②得到CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H ₃=-132.0 kJ/mol；
由反应方程式可知，K₂=$\frac{{K}_{3}}{{K}_{1}}$=$\frac{160}{160}$=1；
故答案为：-132.0 kJ/mol；1；
（2）①由表中数据可知，l0min内甲醇的浓度变化为0.4mol/L，故v（CH₃OH）=$\frac{0.4mol/L}{10min}$=0.04mol/（L•min），速率之比等于化学计量数之比，故v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.04mol/（L•min）=0.12mol/（L•min）；
故答案为：0.12mol/（L•min）；
②10min时，二氧化碳的浓度为0.2mol/L，氢气的浓度为0.2mol/L，甲醇的浓度为0.4mol/L，水的浓度为0.4mol/L，故此时的浓度商Qc=$\frac{0.4×0.4}{0.2×0.2}$=4，小于平衡常数160，故反应向正反应进行，故v_正＞v_逆，
故答案为：＞；
③容器的体积缩小一半，压强增大，平衡向体积减小的方向移动，故平衡向正反应移动；
平衡常数只受温度影响，与压强无关，温度不变，平衡常数不变；
故答案为：正向；不变；
（3）升高温度CO的转化率降低，曲线c转化来看最低，温度应最高，即为350℃，根据CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系图2，可以知道在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失，
故答案为：350；在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失；
（4）A．反应前后气体的物质的量不等，恒温、恒容条件下同，若容器内的压强不发生变化，可说明可逆反应达到平衡，故A正确；
B．无论是否达到平衡状态，都存在H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍，不能判断是否达到平衡状态，故B错误；
C．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间，但不能使平衡发生移动，故C错误；
D．某温度下，将2molCO和6molH₂充入2L密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则剩余0.4molCO，则CO的转化率为$\frac{2mol-0.4mol}{2mol}$=80%，故D正确．
故答案为：AD．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数、化学反应速率计算及影响因素、化学平衡图象等，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意理解掌握平衡移动原理以及化学平衡的有关计算方法，难度中等．