Question

（19分）我国《车用燃料甲醇国家标准》的实施拉开了车用燃料低碳革命的大幕，一些省市正在陆续试点与推广使用甲醇汽油。甲醇可通过将煤的气化过程中生成的CO和H₂在一定条件下发生如下反应制得：CO(g) + 2H₂(g) CH₃OH(g)。图I、图Ⅱ是关于该反应进行情况的图示。

请根据图示回答下列问题：

  （1）图I是反应时CO和CH₃OH的浓度随时间的变化情况，从反应开始到平衡，用CO浓度变化表示平均反应速率v(CO)=_______________。

 （2）图Ⅱ表示该反应进行过程中能量的变化，曲线a表示不使用催化剂时反应的能量变化，在图Ⅱ中画出使用催化剂后的能量变化曲线b。

  （3）写出该反应的热化学方程式                                   。

  （4）该反应的平衡常数K的表达式为                  ；当温度升高时，该平衡常数K将________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（5）恒容条件下，下列措施中能使增大的有          。

A．升高温度                              B．充人He气   

C．再充入1molCO和2molH₂               D．使用催化剂

（6）在恒温条件下，保持CO浓度不变，扩大容器体积，则平衡       （填“逆向移动”、“正向移动”、“不移动”）

（7）在温度、容积相同的三个密闭容器中，按不同方式投料，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下

容器	甲	乙	丙
投料量	1mol CO 、2mol H2	1molCH3OH	2molCH3OH
CH3OH的浓度（mol·L-1）	c1	c2	c3
反应的能量变化	放出Q1 kJ	吸收Q2 kJ	吸收Q3 kJ
体系压强（Pa）	P1	P2	P3
反应物转化率	α1	α2	α3

则下列关系正确的是          

A．c₁= c₂           B．Q₃ = 2Q₂        C．2 P₁＜P₃ 

D．α₁+α₂=1      E．2α₂=α₃

F．该反应若生成1molCH₃OH放出的热量为（Q₁+ Q₂）kJ

（8）若在一体积可变的密闭容器中充入1mol CO、2mol H₂和1molCH₃OH，达到平衡时测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍，则该反应向       （填“正”、“逆”）反应方向移动，理由是                                        

 

Answer 1

【答案】

（1）0.075mol/(L·min) 

   （2）

   （3）CO(g) + 2H₂(g)   CH₃OH(g)；△H= -91kJ·mol^-1

   （4）    减小      

（5）C

（6）逆向移动   （7）ADF

   （8）正    反应前后气体总质量不变，同温同压下达到平衡时气体密度增大，即气体体积缩小，平衡正向移动

【解析】

试题分析：（1）v(CO)= ==0.075mol/(L·min)。

 （2）使用催化剂降低反应活化能，但△H不变。图象为：

（3）反应物能量比生成物能量高，反应为放热反应，热化学方程式为：

CO（g）+2H₂(g)=CH₃OH(g)    △H= －91kJ·mol^－1

（4）反应平衡常数表达式为，反应为放热反应，升高温度，平衡向左移动，K减小。

（5）升高温度，平衡左移，减小；充入He气和使用催化剂，平衡不移动，不变；再充入1molCO和2molH₂等效于增大压强，平衡向右移动，增大。

（6）恒温，K不变，保持CO浓度不变，扩大容器体积，浓度商Q>K，平衡向逆反应方向移动。

（7）甲和乙完全等效，c₁=c₂，₁+₂=1，Q₁+Q₂=91，p₁=p₂；

乙与丙比较：c₃>2c₂，Q₃<2Q₂，p₃<2p₂，₃<₂。

（8）体系中全是气体，质量守恒，达到平衡时气体密度增大，所以体积缩小，反应向正方向进行。

考点： 化学反应速率   热化学方程式   勒沙特列原理  化学平衡常数  等效平衡 

点评：本题综合性较强，尤其是（7）等效平衡的判断难度较大。