Question

能源短缺是人類面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)I：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）+Q₁
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）+Q₂
下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)I在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

（1）在一定條件下將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)I，5分鐘后測得c（CO）=0.2mol/L，計算此段時間的反應(yīng)速率（用H₂表達(dá)）

 

 mol/（L?min）．
（2）由表中數(shù)據(jù)判斷Q₁

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）若容器容積不變，下列措施可提高反應(yīng)I中CO轉(zhuǎn)化率的是

 

（選填編號）．
a．充入CO，使體系總壓強(qiáng)增大           b．將CH₃OH（g）從體系中分離
c．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大            d．原料氣循環(huán)使用
（4）寫出反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)表達(dá)式：K=

 

；由于CO₂化學(xué)惰性很大，因此找到合適的催化劑是實現(xiàn)該反應(yīng)工業(yè)化的關(guān)鍵．該反應(yīng)使用催化劑無法達(dá)到的效果是

 

（選填編號）．
a．提高甲醇的單位時間產(chǎn)量      b．提高CO₂的轉(zhuǎn)化率   c．縮短達(dá)到平衡所需時間．

Answer 1

分析：（1）計算CO濃度變化量，再根據(jù)v=

△c

△t

計算v（CO），利用速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（H₂）；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，溫度升高K減小，說明溫度升高平衡左移，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)；
（3）提高反應(yīng)I中CO轉(zhuǎn)化率，改變條件應(yīng)是平衡向正反應(yīng)移動，結(jié)合選項根據(jù)平衡移動原理解答，但不能只增大CO的濃度；
（4）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
催化劑降低活化能，改變化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率，不能改變化學(xué)平衡．

解答：解：（1）CO濃度變化量為

2mol

2L

-0.2mol/L=0.8mol/L，故v（CO）=

0.8mol/L

5min

=0.16mol/（L?min），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故v（H₂）=2v（CO）=2×0.16mol/（L?min）=0.32mol/（L?min），
故答案為：0.32；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高，平衡常數(shù)K減小，說明溫度升高，平衡逆向進(jìn)行，所以正向是放熱反應(yīng)，即Q₁＞0，故答案為：＞；
（3）a．充入CO，使體系總壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)移動，但CO的轉(zhuǎn)化率降低，故a錯誤；
b．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO轉(zhuǎn)化率增大，故b正確；
c．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，各物質(zhì)的濃度不變，平衡不移動，CO轉(zhuǎn)化率不變，故c錯誤；
d．原料氣循環(huán)使用，CO被充分利用，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故d正確；
故答案為：bd；
（4）反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
尋找到合適的催化劑是實現(xiàn)反應(yīng)工業(yè)化的關(guān)鍵，催化劑降低反應(yīng)活化能，增大反應(yīng)速率，但不改變化學(xué)平衡，
a．反應(yīng)速率增大，單位時間內(nèi)生成甲醇增大，提高單位時間內(nèi)甲醇的產(chǎn)量，故a正確；
b．使用催化劑，不影響平衡移動，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率不變，故b錯誤；
c．催化劑加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡的時間，故c正確；
故答案為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；b．

點評：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡的影響因素等，難度中等，注意掌握外界條件對化學(xué)平衡的影響．