Question

煤氣化和液化是現代能源工業中重點考慮的能源綜合利用方案。最常見的氣化方法為用煤生產水煤氣，而當前比較流行的液化方法為用煤生產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CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)的ΔH＝______。

（2）如圖是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線。

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

②由CO合成甲醇時，CO在250 ℃、300 ℃、350 ℃下達到平衡時轉化率與壓強的關系曲線如下圖所示，則曲線c所表示的溫度為________ ℃。實際生產條件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，選擇此壓強的理由是____________。

③以下有關該反應的說法正確的是________(填序號)。

A．恒溫、恒容條件下，若容器內的壓強不發生變化，則可逆反應達到平衡

B．一定條件下，H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時，可逆反應達到平衡

C．使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間并提高CH3OH的產率

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，達到平衡后，測得c(CO)＝0.2 mol·L－1，則CO的轉化率為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)，發生反應：CH3OH(g)??CO(g)＋2H2(g)，H2的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示。

0～2 min內的平均反應速率v(CH3OH)＝__________。該溫度下，反應CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)的平衡常數K＝__________。相同溫度下，若開始時加入CH3OH(g)的物質的量是原來的2倍，則__________(填序號)是原來的2倍。

A．平衡常數 B．CH3OH的平衡濃度

C．達到平衡的時間 D．平衡時氣體的密度

 

Answer 1

（1）ΔH1＋ΔH2－ΔH3

（2）①＞　②350　1.3×104 kPa下CO的轉化率已經很高，如果增大壓強，CO的轉化率提高不大，而生產成本增加很多，得不償失　③AD

（3）0.125 mol·L－1·min－1　4　D

【解析】（1）根據蓋斯定律可得，ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。（2）①由圖可知，T2＞T1，溫度升高CO的轉化率降低，說明正反應為放熱反應，溫度升高時K降低，所以K1＞K2。②曲線c的轉化率最低，則其對應的溫度最高，所以曲線c所表示的溫度為350 ℃。1.3×104 kPa下CO的轉化率已經很高，如果增大壓強，CO的轉化率提高不大，而生產成本增加很多，得不償失。③A項，由于CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)為反應前后氣體體積不相等的反應，所以當其達到平衡時，體系的壓強才保持不變，對；B項，H2與CO均為反應物，在未達到平衡時H2的消耗速率也是CO的消耗速率的2倍，錯；C項，使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間，但不能提高CH3OH的產率，錯；D項，CO起始濃度為1 mol·L－1，平衡后為0.2 mol·L－1，則轉化0.8 mol·L－1，轉化率為80%，對。（3）0～2 min內n(H2)的改變量為1.0 mol，濃度的變化量為0.5 mol·L－1，則v(H2)＝0.25 mol·L－1·min－1，v(CH3OH)＝0.125 mol·L－1·min－1；各物質的平衡濃度分別為c(H2)＝0.5 mol·L－1，c(CO)＝0.25 mol·L－1，c(CH3OH)＝0.25 mol·L－1，則反應CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g)的K1＝＝＝0.52＝0.25，而反應CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數K＝1/K1＝1/0.25＝4。