Question

【題目】天然氣是一種清潔的化石燃料，也是引起溫室效應的一種物質。天然氣的綜合利用對節能減排、高效利用能源、減少二氧化碳排放有重大意義。作為化工原料，合成甲醇是天然氣綜合利用的重要途徑。

CH4(g)+ CO2(g) 2CO(g)+ 2H2(g)△H=+247.3 kJ·mol—1 　①

CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) △H=+206.2 kJ·mol—1 ②

Ⅰ、合成甲醇的主要反應為：2H2(g)+ CO(g)CH3OH(g) △H=-90.8 kJ·mol—1　

(1)該反應熵變△S________0(填“＞、＝或＜”)，該反應在______(填“高溫”或“低溫”)條件下能自發進行。

(2)生產過程中，合成氣要循環，其目的是：________________________________。

(3)T℃下此反應的平衡常數為160。某時刻測得各組分的濃度如下，比較此時正、逆反應速率的大小：υ(正)________υ(逆)(填“＞”“＜”或“＝”)

物質	H2	CO	CH3OH
濃度/(mol·L—1)	0.20	0.10	0.40

(4)在恒溫恒容條件下，充入一定量的H2和CO，發生上述反應，則該反應達到平衡狀態的標志有（__________________）

A.混合氣體的密度保持不變 B.混合氣體的總壓強保持不變

C.甲醇的濃度保持不變 D.υ正(H2)= υ逆(CH3OH)

(5)在恒溫恒容條件下，要提高反應2H2(g)+ CO(g) CH3OH(g)中CO的轉化率，可以采取的措施是（______________）

A.升溫 B.加入催化劑 C.增加CO的濃度

D.增加H2的濃度 E.充入惰性氣體 F.分離出甲醇

Ⅱ、合成甲醇的另一反應為：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H＝－akJ·mol－1(a＞0)。

在一定溫度下的2L固定容積的密閉容器中，通入2 molCO2和3mol H2，發生上述反應，測得CO2(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。

(6)下列措施中能使n(CH3OH )/n(CO2 )增大的是______(填編號)。

A.升高溫度

B.恒溫恒容下充入He(g)

C.將H2O(g)從體系中分離

D.恒溫恒容再充入2 mol CO2和3 mol H2

(7)經計算該溫度下此反應的平衡常數K=0.20 L2·mol—2。若改變條件_________(填選項)，可使K＝1。

A.增大壓強 B.增大反應物濃度 C.降低溫度

D.升高溫度 E.加入催化劑

(8)10min內，用H2表示的該反應的化學反應速率為=_________mol·L—1·min—1

Answer 1

【答案】< 低溫 提高原料利用率 ＞ BC DF CD C 0.075

【解析】

Ⅰ、(1)根據反應前后氣體物質的量變化分析熵變；根據△H-T△S<0分析；(2)生產過程中合成氣循環使用可以提高原料利用率。(3)根據Q、K的關系判斷。(4)根據平衡標志分析；(5)根據影響平衡移動的因素分析；Ⅱ、(6)要使n(CH3OH )/n(CO2 )增大，平衡需正向移動；(7)平衡常數只與溫度有關，溫度改變，平衡常數改變。(8)根據計算速率。

Ⅰ、(1)反應后氣體物質的量減少，所以△S<0；該反應△H<0、△S<0，所以該反應在低溫條件下能自發進行。(2)生產過程中，合成氣要循環，其目的是提高原料利用率；(3)100<K，所以反應正向進行，υ(正)>υ(逆) ；(4) A．氣體總質量不變，容器體積不變，所以密度是恒量，混合氣體的密度保持不變，不一定達到平衡狀態，故不選A； B．混合氣體物質的量是變量，容器體積不變，所以混合氣體壓強是變量，若混合氣體的總壓強保持不變，一定達到平衡狀態，故選B； C．根據平衡定義，若甲醇的濃度保持不變，一定達到平衡狀態，故選C； D．正逆反應速率比等于系數比時，一定平衡，若υ正(H2)= υ逆(CH3OH)，沒有達到平衡狀態，故不選D 。(5) A．正反應放熱，升溫，平衡逆向移動，CO的轉化率減小，故不選A； B．加入催化劑，平衡不移動，CO的轉化率不變，故不選B； C．增加CO的濃度，平衡正向移動，但CO的轉化率減小，故不選C； D．增加H2的濃度，平衡正向移動，CO的轉化率增大，故選D； E．恒容條件下，充入惰性氣體，平衡不移動，CO的轉化率不變，故不選E；F．分離出甲醇，平衡正向移動，CO的轉化率增大，故選F；

Ⅱ、(6)A、CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ，正反應放熱，升高溫度，平衡逆向移動，n(CH3OH )/n(CO2 )減小，故不選A；B．恒溫恒容下充入He(g)，各物質的濃度都不變，平衡不移動，n(CH3OH )/n(CO2 )不變，故不選B； C．將H2O(g)從體系中分離，平衡正向移動，n(CH3OH )/n(CO2 )增大，故選C； D．恒溫恒容再充入2 mol CO2和3 mol H2，相當于增大壓強，平衡正向移動，n(CH3OH )/n(CO2 )增大，故選D。(7)平衡常數只與溫度有關，溫度改變，平衡常數改變，正反應放熱，降低溫度，平衡正向移動，平衡常數增大，所以降低溫度可使平衡常數由0.20 變為1，選C。(8)根據圖示CO2的濃度變化量為0.25 mol·L-1，所以氫氣的濃度變化量為0.75 mol·L-1， 0.075 mol·L-1·min-1。