Question

工業上一般在恒容密閉容器中采用下列反應合成甲醇：
CO(g)＋2H₂(g)  CH₃OH(g)+Q
（1）能判斷反應達到平衡狀態的依據是(填字母序號，下同)________。

A．生成CH3OH的速率與消耗CO的速率相等	B．混合氣體的密度不變
C．混合氣體的平均相對分子質量不變	D．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發生變化

（2）下表所列數據是反應在不同溫度下的化學平衡常數(K)。

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

 
①由表中數據判斷該反應Q________(填“>”、“＝”或“<”)0；
②某溫度下，將2 mol CO和6 mol H₂充入2 L的密閉容器中，充分反應后，達到平衡時測得c(CO)＝0.2 mol/L，則CO的轉化率為________，此時的溫度為________。
（3）要提高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．加入H₂加壓；e．加入惰性氣體加壓；f．分離出甲醇
（4）尋找合適的催化劑來改善上述合成甲醇的條件一直是研究課題。現分別對X、Y、Z三種催化劑進行如下實驗（其他條件均相同）：
①X在T₁℃時催化效率最高，能使正反應速率加快約3×10⁵倍；
②Y在T₂℃時催化效率最高，能使正反應速率加快約3×10⁵倍；
③Z在T₃℃時催化效率最高，能使逆反應速率加快約1×10⁶倍；
已知：T₁＞T₂＞T₃，根據上述信息，你認為在生產中應該選擇的適宜催化劑并簡述理由：___________________________________________________。

Answer 1

（1）CD
（2）①>   ②80%；250℃
（3）df （2分）
（4）選Z，溫度要求低，反應速率快。（2分）

解析試題分析：（1）A．無論反應是否達到平衡狀態，生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率始終相等，所以不能作為判斷平衡狀態的依據，錯誤；B．混合物的質量始終不變，容器的體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能作為判斷平衡狀態的依據，錯誤；C．反應前后，混合氣體的物質的量改變，氣體的質量不變，反應達到平衡狀態時，混合氣體的相對平均分子質量不變，所以能作為判斷平衡狀態的依據，正確；D．反應達到平衡狀態時，CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發生變化，所以能作為判斷平衡狀態的依據，正確；故選CD；
（2）①升高溫度，平衡向吸熱方向移動，根據表格知，溫度越高，化學平衡常數越小，說明平衡向逆反應方向移動，所以正反應是放熱反應，即△H＜0，而放出的熱量Q>0；
②平衡時一氧化碳的物質的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，轉化率= n(CO)_(反應)/ n(CO)_{(反應開始)}×100%=(1?0.4)mol÷2mol×100%=80%
CO（g）+2H₂（g）≒CH₃OH（g）單位為mol/L
反應開始(mol/L)  1       3           0       
反應(mol/L)       0.8     1.6         0.8
平衡(mol/L)       0.2     1.4        0.8
平衡常數K="0.8" / 0.2(1.4)² =2.04，所以溫度是250℃。
（3）a．該反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，故錯誤；b．催化劑對平衡移動無影響，故錯誤；c．增加CO的濃度，平衡向正反應方向移動，但CO的轉化率降低，故錯誤；d．加入H₂加壓，平衡向正反應方向移動，一氧化碳的轉化率增大，故正確；e．加入惰性氣體加壓，參加反應的氣體壓強不變，平衡不移動，故錯誤；f．分離出甲醇，平衡向正反應方向移動，一氧化碳的轉化率增大，故正確；故選df．
（4）因為T₁＞T₂＞T₃，所以溫度越低平衡常數越大，反應物轉化率越大，又催化劑同等程度加快反應速率，所以既能在低溫下作用又能加快反應速率的催化劑最好選用Z。
考點：本題考查的是化學反應原理知識。