Question

【題目】工業(yè)上一般以CO和H2為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H

（1）該反應(yīng)的ΔH___0（填“＞”、“＜”或“=”）。

（2）若將等物質(zhì)的量的CO和H2混合氣體充入恒溫恒容密閉容器中進行上述反應(yīng)，下列事實能說明此反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是___。

A.容器內(nèi)氣體密度保持不變

B.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

C.生成CH3OH的速率與生成H2的速率相等

D.CO的體積分數(shù)保持不變

（3）當(dāng)按投料比=2，分別在P1、P2、P3壓強下，測得不同溫度下平衡時CO的平衡轉(zhuǎn)化率如圖1。

520K時，投料比=2(總物質(zhì)的量為3mol)，維持反應(yīng)過程中壓強P3不變，達到平衡時測得容器體積為0.1L，則平衡常數(shù)K=___。

若H2和CO的物質(zhì)的量之比為n∶1（維持反應(yīng)過程中壓強P3不變），相應(yīng)平衡體系中CH3OH的物質(zhì)的量分數(shù)為x，請在圖2中繪制x隨n變化的示意圖___。

（4）甲醇合成甲醚的反應(yīng)為：

Ⅰ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)(主反應(yīng))

Ⅱ.2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g)(副反應(yīng))

反應(yīng)過程中的能量變化如圖3所示。

①在一定溫度下，在恒容容器中進行合成甲醚的反應(yīng)，測得CH3OCH3含量隨著時間的推移，先增大后減小，請結(jié)合碰撞理論說明原因：___。

②在不改變溫度的前提下，說出其中一個能增大CH3OCH3選擇性的措施：___。

Answer 1

【答案】< BD 0.25 反應(yīng)Ⅰ的活化能小于反應(yīng)Ⅱ的活化能，相同條件下反應(yīng)Ⅰ的反應(yīng)速率大于反應(yīng)Ⅱ速率，故所以一開始CH3OCH3含量顯著上升。后隨著反應(yīng)Ⅱ的進行，CH3OH濃度減小，H2O(g)濃度變大，促使反應(yīng)Ⅰ平衡左移，CH3OCH3含量又有所下降 增大P

【解析】

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)類型判斷反應(yīng)熱的大��；根據(jù)平衡時各組分含量不變和正逆反應(yīng)速率相同判斷反應(yīng)是否達平衡狀態(tài)；根據(jù)平衡轉(zhuǎn)化率計算化學(xué)平衡常數(shù)；根據(jù)碰撞理論分析物質(zhì)含量變化的原因；根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素確定合適的物質(zhì)轉(zhuǎn)化條件，據(jù)此分析。

(1)一氧化碳和氫氣反應(yīng)生成甲醇的反應(yīng)是化合反應(yīng)，大多數(shù)的化合反應(yīng)吸熱，故該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH < 0；

(2)A選項，該反應(yīng)為一個恒容的反應(yīng)，反應(yīng)過程中氣體總質(zhì)量不變，氣體總體積不變，故混合氣體的密度恒不變，A錯誤；

B選項，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量等于混合氣體的質(zhì)量除以混合氣體的總物質(zhì)的量，隨著反應(yīng)的不斷進行，混合氣體的總物質(zhì)的量不斷減小，當(dāng)反應(yīng)達平衡時，混合氣體的總物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量也不再發(fā)生變化，故可以判斷反應(yīng)達平衡狀態(tài)，B正確；

C選項，甲醇的生成速率與氫氣的生成速率相等，但不等于化學(xué)計量數(shù)的比，故不能判斷反應(yīng)達平衡，C錯誤；

D選項，隨著反應(yīng)的不斷進行，CO的體積分數(shù)不斷減小，當(dāng)反應(yīng)達平衡時，CO的體積分數(shù)不再發(fā)生變化，故可以判斷反應(yīng)達平衡，D正確；

故選擇BD；

(3)520K、P3壓強下，CO的轉(zhuǎn)化率為80%，當(dāng)投料比=2且總物質(zhì)的量為3mol時，n(H2)=2mol，n(CO)=1mol，則平衡時c(H2)=4mol/L，c(CO)=2mol/L，c(CH3OH)=8mol/L，該溫度下的平衡常數(shù)K===0.25；達到平衡時CH3OH的物質(zhì)的量分數(shù)為

=0.57，當(dāng)n值大于或小于2時，甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)均減小，故正確的圖像為：

(5)①在一定溫度下，在恒容容器中進行合成甲醚的反應(yīng)，測得CH3OCH3含量隨著時間的推移，先增大后減小，是因為反應(yīng)Ⅰ的活化能小于反應(yīng)Ⅱ的活化能，相同條件下反應(yīng)Ⅰ的反應(yīng)速率大于反應(yīng)Ⅱ速率，故所以一開始CH3OCH3含量顯著上升。后隨著反應(yīng)Ⅱ的進行，CH3OH濃度減小，H2O(g)濃度變大，促使反應(yīng)Ⅰ平衡左移，CH3OCH3含量又有所下降；

②在不改變溫度的前提下，能夠增大CH3OCH3的選擇性可以通過增大壓強等方法。