Question

【题目】甲醇是重要的化工原料和燃料，CO、CO2在催化剂的作用下都可以合成甲醇。

Ⅰ. 工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇：

CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g） ΔH

（1）判断反应达到平衡状态的依据是___________（填字母）。

A. CH3OH的浓度不再发生变化 B. 生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等

C. 氢气的体积分数保持不变 D. 混合气体的密度不变

（2）为研究平衡时CO的转化率与反应物投料比及温度的关系，研究小组在10 L的密闭容器中进行模拟反应，并绘出下图。

①反应热△H_______0（填“＞”或“＜”），判断依据是__________________________。

②若其他条件相同，Ⅰ、Ⅱ曲线分别表示投料比不同时的反应过程。

a. 投料比：Ⅰ______Ⅱ（填“＞”、“＜”或“＝”）。

b. 若Ⅱ反应的n（CO）起始＝10 mol、 投料比为0.5，A点的平衡常数KA =________，B点的平衡常数KB_______KA （填“＞”、“＜”或“＝”）。

③要提高CO的转化率，可以采取的措施是_______________。（填字母）

a. 升温 b. 加入催化剂

c. 增大压强 d. 加入惰性气体

Ⅱ. 用CO2在催化剂的作用下合成甲醇的反应为：CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）某密闭容器中充入3 mol氢气和1 mol二氧化碳，测得混合气体中甲醇的体积分数与温度的关系如下图所示。

（1）下图中Q点的速率υ正_______υ逆（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（2）解释T0~T1内甲醇的体积分数变化趋势的原因_______________________。

Answer 1

【答案】 AC ＜ 温度升高，CO的转化率降低，平衡逆向移动了，说明正反应是放热反应 ＜ 1 ＝ c ＞ 正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动了，所以T0~T1内甲醇的体积分数降低

【解析】Ⅰ.（1）根据变量不变规律，判断反应是否达到平衡状态；

（2）①升高温度，一氧化碳转化率减小，正反应为放热反应；②由于增大氢气的浓度有利于提高CO的转化率，所以根据图像可知曲线在温度相等的条件下曲线I的转化率大；根据三段式计算出A点的平衡常数，同一个反应，温度相同，平衡常数相同；有利于反应向右进行，可以增大一氧化碳转化率。

Ⅱ.T0对应的W点表示平衡状态，T0之前为反应正在向右进行，未达平衡，T0之后，为升高温度，平衡发生移动，甲醇的体积分数减小，平衡左移，正反应放热，据此分析解答。

Ⅰ. (1) 反应达到平衡状态时, CO、 H2、CH3OH的浓度都不再发生变化,所以能作为判断平衡状态的根据, A正确；无论反应是否达到平衡状态,生成CH3OH的速率与消耗CO的速率始终相等,且方向同向，所以不能作为判断平衡状态的根据, B错误；反应达到平衡状态时,各物质浓度不变，氢气的体积分数保持不变，反应达到平衡状态，C正确；混合物的质量始终不变,容器的体积不变,所以混合气体的密度始终不变,所以不能作为判断平衡状态的根据, D错误；正确选项AC。

（2）①根据图像可知在压强相同的条件下，升高温度，CO的转化率降低, 这说明平衡左移，因此正反应为放热反应，△H＜0；正确答案：＜；温度升高，CO的转化率降低，平衡逆向移动了，说明正反应是放热反应。

②a.由于增大氢气的浓度有利于提高CO的转化率，所以根据图像可知曲线在温度相等的条件下曲线I的转化率大，所以投料比：Ⅰ＜Ⅱ；正确答案：＜。

b.若Ⅱ反应的n(CO)起始＝10 mol、 投料比为0.5，则氢气是20mol。A点转化率是0.5，即消耗5molCO，则同时消耗1mol氢气，生成5mol甲醇。所以平衡时CO、氢气、甲醇的浓度分别是0.5mol/L、1mol/L、0.5mol/L，则A点的平衡常数KA＝；平衡常数只与温度有关系，则B点的平衡常数KB＝KA；正确答案：1；＝。

（3）由于正反应是体积减小的放热反应，升高温度，平衡左移，CO转化率减小，a错误；而使用催化剂对平衡没有影响，CO转化率不变，b错误；增大压强，平衡右移，转化率增大，c正确；加入惰性气体，总压增大，分压不变，平衡不动，CO转化率不变，d错误；正确选项c。

Ⅱ.（1）T0对应的W点表示平衡状态，达到平衡后，升高温度，甲醇的含量降低，说明平衡向右进行，正反应为放热反应，Q点时反应正在向右进行，未达平衡，所以υ正＞υ逆；正确答案：＞。

（2）由于该反应正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动了，所以T0~T1内甲醇的体积分数降低；正确答案：正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动了，所以T0~T1内甲醇的体积分数降低。