Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，利用合成氣（CO、H2、CO2）在催化劑的作用下合成甲醇，可能發生的反應如下：

①CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝-49.58kJ/mol K1

②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝-90.77 kJ/mol K2

③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3 K3

（1）反應③的ΔH3＝________，化學平衡常數K3與K1、K2的代數關系是K3＝_____。

（2）要使反應②的速率和轉化率都增大，需要改變的條件是___________。在5MPa下，要提高反應②的轉化率，可采取的措施有__________、_________（答兩條）。

（3）若反應①在恒容密閉容器中進行，下列可以判斷該反應達到平衡的是_______（填標號）。

A．v正(H2)＝v逆(CH3OH) B．混合氣壓強不變

C．c(H2)與c(H2O)比值不變 D．混合氣密度不變

（4）在一定溫度和催化劑存在下，向1L密閉容器中充入1molCO2和3molH2發生反應①。當CO2的平衡轉化率為50%時，產物甲醇的體積分數為________，該溫度下，正反應的平衡常數K＝__________。若向容器中再充入0.5molH2和0.5molH2O(g)，其他條件不變時平衡_______移動（填“正向”“逆向”“不”）。

Answer 1

【答案】+41.19 kJ/mol K1/K2 加壓 降溫 及時分離出甲醇 BC 16.7% 0.148 正向

【解析】

⑴根據蓋斯定律第一個反應減去第二個反應得到反應③，方程式相減，平衡常數相除。

⑵反應②是體積減小的放熱反應，一定壓強下，從影響平衡移動分析能提高反應②的轉化率的條件。

⑶A．v正(H2)＝v逆(CH3OH)，一正一逆，但速率比不等于計量系數比，不能說明達到平衡；B．反應是體積減小的反應，正向反應，壓強減小，當混合氣壓強不變，則達到平衡；C．c(H2)與c(H2O)比值不變，則達到平衡；D．密度等于氣體質量除以容器體積，氣體質量不變，容器體積不變，混合氣密度始終不變，因此不能作為判斷平衡標志。

⑷建立三段式，計算產物甲醇的體積分數，該溫度下，計算正反應的平衡常數，若向容器中再充入0.5 mol H2和0.5 mol H2O(g)，計算濃度商和平衡常數比較。

⑴根據蓋斯定律第一個反應減去第二個反應得到反應③的ΔH3＝49.58 kJ·mol1(90.77 kJ·mol1) = +41.19 kJ·mol1，方程式相減，平衡常數相除，因此化學平衡常數K3與K1、K2的代數關系是K3＝；故答案為：+41.19 kJ·mol1；。

⑵反應②是體積減小的放熱反應，要使反應②的速率和轉化率都增大，需要改變的條件是加壓。在5 MPa下，降溫平衡正向移動，及時的分離出甲醇，平衡正向移動，都能提高反應②的轉化率；故答案為：加壓；降溫、及時分離出甲醇。

⑶A．v正(H2)＝v逆(CH3OH)，一正一逆，但速率比不等于計量系數比，不能說明達到平衡，故A不符合題意；

B．反應是體積減小的反應，正向反應，壓強減小，當混合氣壓強不變，則達到平衡，故B符合題意；

C．c(H2)與c(H2O)比值不變，則達到平衡，故C符合題意；

D．密度等于氣體質量除以容器體積，氣體質量不變，容器體積不變，混合氣密度始終不變，因此不能作為判斷平衡標志，故D不符合題意。

綜上所述，答案為BC。

⑷在一定溫度和催化劑存在下，向1 L密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2發生反應①。當CO2的平衡轉化率為50%時，，產物甲醇的體積分數為，該溫度下，正反應的平衡常數，若向容器中再充入0.5 mol H2和0.5 mol H2O(g)，，其他條件不變時平衡正向移動；故答案為：16.7%；0.148；正向。