Question

【題目】煤氣化和液化是現(xiàn)代能源工業(yè)中重點(diǎn)考慮的能源綜合利用方案。最常見(jiàn)的氣化方法為用煤生產(chǎn)水煤氣，而當(dāng)前比較流行的液化方法為用煤生產(chǎn)CH3OH。

（1）已知：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1

2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH3

則反應(yīng)CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)的ΔH＝______。

（2）如圖是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線。

①T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1________K2(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②由CO合成甲醇時(shí)，CO在250 ℃、300 ℃、350 ℃下達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系曲線如下圖所示，則曲線c所表示的溫度為________ ℃。實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是____________。

③以下有關(guān)該反應(yīng)的說(shuō)法正確的是________(填序號(hào))。

A．恒溫、恒容條件下，若容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，則可逆反應(yīng)達(dá)到平衡

B．一定條件下，H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時(shí)，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡

C．使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間并提高CH3OH的產(chǎn)率

D．某溫度下，將2 mol CO和6 mol H2充入2 L密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c(CO)＝0.2 mol·L－1，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%

（3）一定溫度下，向2 L固定體積的密閉容器中加入1 mol CH3OH(g)，發(fā)生反應(yīng)：CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g)，H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化的曲線如圖所示。

0～2 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)＝__________。該溫度下，反應(yīng)CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數(shù)K＝__________。相同溫度下，在一個(gè)恒容容器中加入一定量的CO(g)和H2發(fā)生：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)的反應(yīng)，某時(shí)刻測(cè)得體系中各物質(zhì)的量濃度如下：C（CO）=0.25 mol·L－1，C（H2）=1.0 mol·L－1，C（CH3OH）=0.75 mol·L－1，則此時(shí)該反應(yīng)_____進(jìn)行（填“向正反應(yīng)方向”“向逆反應(yīng)方向”或“處于平衡狀態(tài)”）。

Answer 1

【答案】 ΔH1＋ΔH2－ΔH3 ＞ 350 1.3×104 kPa下CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增大壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加很多，得不償失 AD 0.125 mol·L－1·min－1 4 向正反應(yīng)方向

【解析】（1）.已知：①.CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1 ②.2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2 ③.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH3

根據(jù)蓋斯定律，①＋②÷2－③÷2得：CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)，則△H＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3，故答案為：ΔH1＋ΔH2－ΔH3；

(2). ①. 由圖象可知，根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”的原則，溫度T1＜T2，升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡逆向移動(dòng)，則K值減小，即K1>K2，故答案為：>；

②. 根據(jù)上述分析可知，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率降低，由圖象可知，曲線c對(duì)應(yīng)的CO轉(zhuǎn)化率最低，溫度應(yīng)最高，即為350℃；根據(jù)CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系圖可知在1.3×104kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失，故答案為：350；1.3×104kPa下CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增大壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加很多，得不償失；

③. A. 反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不等，恒溫、恒容條件下，若容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化，可說(shuō)明可逆反應(yīng)達(dá)到平衡，故A正確；B. 無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍，因此不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；C. 使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，但不能使平衡發(fā)生移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；D. 某溫度下，將2molCO和6molH2充入2L密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c(CO)=0.2mol/L，則剩余0.4molCO，所以CO的轉(zhuǎn)化率為（2mol0.4mol）÷2mol×100%=80%，故D正確；故答案為：AD；

(3).平衡時(shí)氫氣的濃度為0.5mol/L，則v(H2)=0.5mol/L÷2min=0.25molL1min1，則v(CH3OH)=0.125molL1min1；

CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)

起始濃度(mol/L) 0.5 0 0

轉(zhuǎn)化濃度(mol/L) 0.25 0.25 0.5

平衡濃度(mol/L) 0.25 0.25 0.5

則K1==0.25，求得該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為0.25(mol/L)2，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是該反應(yīng)的逆反應(yīng)，所以K＝＝＝4；

某時(shí)刻測(cè)得體系中各物質(zhì)的量濃度如下：C（CO）=0.25 mol·L－1，C（H2）=1.0 mol·L－1，C（CH3OH）=0.75 mol·L－1，則此時(shí)Qc＝＝3＜K＝4，則平衡向正反應(yīng)向移動(dòng)；故答案為： 0.125 mol·L－1·min－1；4；向正反應(yīng)方向。