Question

【題目】CO是現(xiàn)代化工生產(chǎn)的基礎(chǔ)原料，下列有關(guān)問題都和CO的使用有關(guān)。

（1） 工業(yè)上可利用CO生產(chǎn)乙醇:

2CO（g）＋4H2（g）CH3CH2OH（g）＋H2O（g） ΔH1

又已知：H2O（l）=== H2O（g） ΔH2

CO（g）＋H2O（g） CO2（g）＋H2（g） ΔH3

工業(yè)上也可利用CO2（g）與H2（g）為原料合成乙醇：

2CO2（g）＋6H2（g） CH3CH2OH（g）＋3H2O（l） ΔH

則：ΔH與ΔH1、ΔH2、ΔH3之間的關(guān)系是：ΔH＝___________________。

（2）一定條件下，H2、CO在體積固定的密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：

4H2（g）+2CO（g）CH3OCH3（g）+H2O（g），下列選項能判斷該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的依據(jù)的有___ 。

A．2v（H2）= v（CO）

B．CO的消耗速率等于CH3OCH3的生成速率

C．容器內(nèi)的壓強保持不變

D．混合氣體的密度保持不變

E．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化

（3）工業(yè)可采用CO與H2反應(yīng)合成再生能源甲醇，反應(yīng)如下:

CO（g）+ 2H2（g）CH3OH（g）在一容積可變的密閉容器中充有10molCO和20molH2，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇。CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、壓強（p）的關(guān)系如（圖1）所示。

①合成甲醇的反應(yīng)為 （填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)。

②A、B、C三點的平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小關(guān)系為 。

③若達到平衡狀態(tài)A時，容器的體積為10L，則在平衡狀態(tài)B時容器的體積為_________L。

④（圖2）中虛線為該反應(yīng)在使用催化劑條件下關(guān)于起始氫氣與CO投料比和CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖． 當其條件完全相同時，用實線畫出不使用催化劑情況下CO平衡轉(zhuǎn)化率的示意圖．

⑤CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、壓強（p）的關(guān)系如（圖3）所示，實際生產(chǎn)時條件控制在250 ℃、 1.3×104 kPa左右，選擇此壓強的理由是__________________。

Answer 1

【答案】（1）△H1－3△H2－2△H3；（2）CE；

（3）①放熱；②KA=KB>KC；③2；④；⑤在1.3×104kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強CO轉(zhuǎn)化率提高不大，同時生產(chǎn)成本增加，得不償失。

【解析】

試題分析：（1）①2CO（g）＋4H2（g）CH3CH2OH（g）＋H2O，②H2O（l）=== H2O（g），③2CO2（g）＋6H2（g） CH3CH2OH（g）＋3H2O（l），①－3×②－2×③，得出：2CO2（g）＋6H2（g） CH3CH2OH（g）＋3H2O（l） ΔH=△H1－3△H2－2△H3；（2）A、用不同物質(zhì)的反應(yīng)速率表示達到平衡，要求反應(yīng)反應(yīng)方向一正一逆，且反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，題目中沒有指明反應(yīng)的方向，不能表示達到平衡，故錯誤；B、根據(jù)選項A的分析，反應(yīng)方向都是正反應(yīng)方向，不能表示達到平衡，故錯誤；C、反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，因此壓強不變，說明反應(yīng)達到平衡，故正確；D、根據(jù)密度的定義，組分都是氣體，因此氣體的質(zhì)量不變，因為是恒容狀態(tài)，因此體積不變，密度不變，不能說明反應(yīng)達到平衡，故錯誤；E、根據(jù)M=m/n，氣體質(zhì)量不變，反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不變，n變化，因此當平均相對分子質(zhì)量不變，說明反應(yīng)達到平衡，故正確；(3）①根據(jù)圖1，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，根據(jù)勒夏特列原理，正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)；②化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，溫度不變，則化學(xué)平衡常數(shù)不變，因此KA=KB，此反應(yīng)正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，即KB>KC，因此有KA=KB>KC；

③CO（g）+ 2H2（g） CH3OH（g）A點對應(yīng)

起始： 10 20 0

變化：10×0.5 10×2×0.5 10×0.5

平衡： 5 10 5

此時體積為10L，平衡常數(shù)為1，B 點達到平衡，設(shè)達到平衡時容器的體積為VL，

CO（g）+ 2H2（g） CH3OH（g）A點對應(yīng)

起始： 10 20 0

變化：10×0.8 10×2×0.8 10×0.8

平衡： 2 4 8

根據(jù)平衡常數(shù)的表達式，K=（8/V）/[2/V×(4/V）2]，因為兩者平衡常數(shù)相等，即K=1，解得V=2L；

④使用催化劑加快反應(yīng)速率，對化學(xué)平衡無影響，因此圖像是：

；

⑤根據(jù)圖像3，在1.3×104kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強CO轉(zhuǎn)化率提高不大，同時生產(chǎn)成本增加，得不償失。