Question

【題目】甲醇是一種用途非常廣泛的基礎化工原料，可通過下列反應合成：

Ⅰ．CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）△H1

Ⅱ．CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）△H2

Ⅲ．CO（g）+H2O（g） CO2（g）+H2（g）△H3

回答下列問題

（1）反應（Ⅰ）的△S________（填“>”或“<”）0，△H1=________（用△H2、△H3表示）。

（2）上述反應的平衡常數的自然對數值lnKP（KP為以分壓表示的平衡常數）與溫度的關系如圖甲所示

①反應（Ⅱ）的△H________（填“>”或“<”）0。

②480K時，lnKP（Ⅰ）+lnKp（Ⅱ）+lnKp（Ⅲ）=________。

③某溫度下，向某恒容密閉容器中充入0.1 molCO和0.2molH2發生反應（Ⅰ），達到平衡時，CO的轉化率為90%，若平衡時總壓強5MPa，則KP=________（KP為以分壓表示的平衡常數，分壓=總壓×物質的量分數）。

（3）若用CO和CO2混合氣體合成甲醇，起始時均控制 =2.60，CO的平衡轉化率X（CO）與溫度及壓強的關系如圖乙所示。下列說法正確的是_____（填字母）。

A p1<p2<p3

B 升高溫度，反應速率和X（CO）均減小

C 起始時若p2=7.2MPa，則H2的分壓為5.2MPa

D 其他條件不變，增大 ，X（CO）增大

Answer 1

【答案】< △H2+△H3 < -8 12.96 CD

【解析】

(1)根據反應前后氣體分子數變化確定ΔS；根據蓋斯定律計算反應的ΔH1；

(2)①根據溫度對K的影響分析反應的熱效應；

②根據圖像中溫度為480K時各反應的lnKp值進行計算即可；

③根據平衡三段式，結合Kp的表達式進行計算；

(3)A.結合壓強對平衡移動的影響分析；

B.結合溫度對反應速率和平衡移動的影響分析；

C.根據壓強之比等于物質的量之比進行計算；

D.根據濃度對平衡移動的影響分析。

(1)反應Ⅰ反應后氣體分子數減小，則ΔS<0；已知：Ⅱ．CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H2，Ⅲ．CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)△H3，根據蓋斯定律，由Ⅱ+Ⅲ可得CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，則反應Ⅰ是反應熱ΔH1= △H2+△H3；

(2)①由圖可知，當溫度升高時，lnKp減小，則Kp減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，因此ΔH<0；

②由于反應Ⅰ可以通過反應Ⅱ和Ⅲ相加得到，所以Kp(Ⅰ)= Kp(Ⅱ) Kp(Ⅲ)，所以lnKp(Ⅰ)= Kp(Ⅱ) +Kp(Ⅲ)=-4，由圖可知，當溫度為480K時，lnKp(Ⅰ)=-4，所以lnKp(Ⅰ)+lnKp(Ⅱ)+lnKp(Ⅲ)=-4-4=-8；

③平衡時CO的轉化率為90%，則參與反應的n(CO)=0.1mol×90%=0.09mol，根據反應的化學方程式可知，參與反應的n(H2)=0.09mol×2=0.18mol，反應生成的n(CH3OH)=0.09mol；則反應達到平衡時n(CO)=0.1mol-0.09mol=0.01mol、n(H2)=0.2mol-0.18mol=0.02mol、n(CH3OH)=0.09mol；則平衡時CO產生的分壓，H2產生的分壓，CH3OH產生的分壓，因此該反應用分壓表示的平衡常數；

(3)A.由于合成甲醇的反應為氣體分子數減小的反應，因此增大壓強，平衡正向移動，CO的轉化率增大，因此相同溫度下， 轉化率越大，壓強越大，故p1>p2>p3，故A錯誤；

B.升高溫度，反應速率加快，故B錯誤；

C.由于， 因此可令n(H2)=2.60mol、n(CO+CO2)=1.00mol，根據壓強之比等于物質的量之比，可得等式 ， 即， 解得p(H2)=0.52MPa，故C正確；

D.其他條件不變時，增大 ， 則相當于增大c(H2)，平衡正向移動，CO的平衡轉化率增大，故D正確；

故答案為：CD。