Question

【題目】（1）煤氣化制合成氣(CO和H2)

已知：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)ΔH2＝131.3kJ·mol1

C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)ΔH2＝90kJ·mol1

則一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式是_____

（2）由合成氣制甲醇

合成氣CO和H2在一定條件下能發(fā)生反應(yīng)：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＜0。

①在容積均為VL的甲、乙、丙、丁四個密閉容器中分別充入amolCO和2amolH2，四個容器的反應(yīng)溫度分別為T1、T2、T3、T4且恒定不變。在其他條件相同的情況下，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)進(jìn)行到tmin時H2的體積分?jǐn)?shù)如圖所示，則T3溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)為_____(用a、V表示)

②圖反映的是在T3溫度下，反應(yīng)進(jìn)行tmin后甲醇的體積分?jǐn)?shù)與反應(yīng)物初始投料比的關(guān)系，請畫出T4溫度下的變化趨勢曲線。______________

③在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，為測定恒溫恒壓條件下反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，可作為判斷依據(jù)的是_____

A．容器內(nèi)氣體密度保持不變 B．CO 的體積分?jǐn)?shù)保持不變

C．氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變 D．c(H2)=2c(CH3OH)

（3）由甲醇制烯烴

主反應(yīng)：2CH3OHC2H4＋2H2O i；

3CH3OHC3H6＋3H2O ii

副反應(yīng)：2CH3OHCH3OCH3＋H2O iii

某實(shí)驗(yàn)室控制反應(yīng)溫度為400℃，在相同的反應(yīng)體系中分別填裝等量的兩種催化劑(Cat.1和Cat.2)，以恒定的流速通入CH3OH，在相同的壓強(qiáng)下進(jìn)行甲醇制烯烴的對比研究，得到如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(選擇性：轉(zhuǎn)化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比)

由圖像可知，使用Cat.2反應(yīng)2h后甲醇的轉(zhuǎn)化率與乙烯和丙烯的選擇性均明顯下降，可能的原因是（結(jié)合碰撞理論解釋）_____

Answer 1

【答案】CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.3 kJ·mol-1 539V2/27a2 ABC 該條件下2h后催化劑失活，甲醇轉(zhuǎn)化率較低；Cat.2顯著降低反應(yīng)iii的活化能，提高活化分子百分?jǐn)?shù)，相同時間內(nèi)快速生成副產(chǎn)物二甲醚，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性下降

【解析】

⑴根據(jù)蓋斯定律得到一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式。

⑵①根據(jù)三段式計算平衡時各物質(zhì)的量，再計算平衡常數(shù)；

②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，根據(jù)圖得出反應(yīng)在tmin時，T2溫度H2的體積分?jǐn)?shù)最低，T3、T4溫度高，H2的體積分?jǐn)?shù)高，說明平衡逆向移動，根據(jù)圖得出T4溫度甲醇的變化趨勢曲線；

③A．恒溫恒壓條件，容器內(nèi)氣體密度等于氣體質(zhì)量除以容器體積，氣體質(zhì)量不變，容器體積減小，密度增大，因此可作為判斷平衡的標(biāo)志；

B．開始階段CO的體積分?jǐn)?shù)不斷減小，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)不變，則可作為判斷平衡的標(biāo)志；

C．氣體的平均相對分子質(zhì)量等于氣體質(zhì)量除以氣體的物質(zhì)的量，氣體質(zhì)量不變，氣體的物質(zhì)的量減小，氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，當(dāng)保持不變可作為判斷平衡的標(biāo)志；

D．c(H2) = 2c(CH3OH)，不能用濃度比例來判斷平衡的標(biāo)志。

⑶由圖像可知，使用Cat.2反應(yīng)2h后甲醇的轉(zhuǎn)化率與乙烯和丙烯的選擇性均明顯下降，可能的原因是，根據(jù)第一個圖得出該條件下2h后催化劑失活，甲醇轉(zhuǎn)化率較低，第二個圖得出Cat.2顯著降低反應(yīng)iii的活化能，提高活化分子百分?jǐn)?shù)，相同時間內(nèi)快速生成副產(chǎn)物二甲醚，生成乙烯、丙烯目標(biāo)產(chǎn)物選擇性下降。

⑴將第2個方程式減去第1個方程式，得到一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式是CO(g)+H2O=CO2(g)+H2(g) ΔH=41.3 kJ·mol1

⑵①

，解得，則，故答案為：。

②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，根據(jù)圖得出反應(yīng)在tmin時，T2溫度H2的體積分?jǐn)?shù)最低，T3、T4溫度高，H2的體積分?jǐn)?shù)高，說明平衡逆向移動，圖反映的是在T3溫度下，反應(yīng)進(jìn)行tmin后甲醇的體積分?jǐn)?shù)與反應(yīng)物初始投料比的關(guān)系，則T4溫度甲醇的量比T3溫度甲醇的量小，即變化趨勢曲線。；故答案為：。

③A．恒溫恒壓條件，容器內(nèi)氣體密度等于氣體質(zhì)量除以容器體積，氣體質(zhì)量不變，容器體積減小，密度增大，因此可作為判斷平衡的標(biāo)志，故A符合題意；

B．開始階段CO的體積分?jǐn)?shù)不斷減小，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)不變，則可作為判斷平衡的標(biāo)志，故B符合題意；

C．氣體的平均相對分子質(zhì)量等于氣體質(zhì)量除以氣體的物質(zhì)的量，氣體質(zhì)量不變，氣體的物質(zhì)的量減小，氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，當(dāng)保持不變可作為判斷平衡的標(biāo)志，故C符合題意；

D．c(H2) = 2c(CH3OH)，不能用濃度比例來判斷平衡的標(biāo)志，故D不符合題意；

綜上所述，答案為：ABC。

⑶由圖像可知，使用Cat.2反應(yīng)2h后甲醇的轉(zhuǎn)化率與乙烯和丙烯的選擇性均明顯下降，可能的原因是，根據(jù)第一個圖得出該條件下2h后催化劑失活，甲醇轉(zhuǎn)化率較低，第二個圖得出Cat.2顯著降低反應(yīng)iii的活化能，提高活化分子百分?jǐn)?shù)，相同時間內(nèi)快速生成副產(chǎn)物二甲醚，生成乙烯、丙烯目標(biāo)產(chǎn)物選擇性下降；故答案為：該條件下2h后催化劑失活，甲醇轉(zhuǎn)化率較低；Cat.2顯著降低反應(yīng)iii的活化能，提高活化分子百分?jǐn)?shù)，相同時間內(nèi)快速生成副產(chǎn)物二甲醚，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性下降。