Question

【題目】Ⅰ.工業上可用CO或CO2來生產燃料甲醇。已知甲醇制備的有關化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數如下表所示：

(1)據反應①與②可推導出K1、K2與K3之間的關系，則K3＝________(用K1、K2表示)。500 ℃時測得反應③在某時刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度(mol·L－1)分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時v正________(填“>”、“＝”或“<”)v逆。

(2)在3 L容積可變的密閉容器中發生反應②，已知c(CO)—反應時間t變化曲線Ⅰ如圖所示，若在t0時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ和曲線Ⅲ。當曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ時，改變的條件是______________。當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時，改變的條件是______________。

Ⅱ.利用CO和H2可以合成甲醇，反應原理為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。一定條件下，在容積為V L的密閉容器中充入a mol CO與2a mol H2合成甲醇，平衡轉化率與溫度、壓強的關系如下圖所示。

(1)p1________(填“>”、“<”或“＝”)p2，理由是_____________________________。

(2)該甲醇合成反應在A點的平衡常數K＝______________(用a和V表示)。

(3)該反應達到平衡時，反應物轉化率的關系是CO________(填“>”、“<”或“＝”)H2。

(4)下列措施中能夠同時滿足增大反應速率和提高CO轉化率的是________(填字母)。

A．使用高效催化劑

B．降低反應溫度

C．增大體系壓強

D．不斷將CH3OH從反應混合物中分離出來

Answer 1

【答案】 K1·K2 > 加入催化劑 將容器的體積(快速)壓縮至2 L < 甲醇的合成反應是分子數減少的反應，相同溫度下，增大壓強CO的轉化率提高 ＝ C

【解析】Ⅰ. （1）將方程式①+②得方程式③，則K3=== K1·K2；(2) 500 ℃時K3= K1·K2=2.5×1.0=2.5，Q===0.88<2.5=K3，故平衡正向移動，v正>v逆；（2）對于反應②：在t0時刻改變一個條件，曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ，由圖像可知平衡時c(CO)不變，說明平衡沒有移動，但縮短了達平衡的時間，改變的條件為加入催化劑；當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時，CO的平衡濃度由3.0mol/L迅速變為4.5 mol/L，反應在3 L容積可變的密閉容器中發生，且該反應兩邊氣體物質的系數相等，則改變的條件為將容器的體積(快速)壓縮至2L；

Ⅱ.（1）根據勒夏特列原理，等溫下，壓強越大，平衡向正反應方向進行，CO的轉化率增大，即p1<p2；（2）達到平衡組分的濃度分別是c(CO)= mol/L=mol/L、c(H2)= mol/L=mol/L、c(CH3OH)= mol/L，根據化學平衡常數的定義，K=；（3）氫氣的轉化率為×100%=75%，與CO的轉化率相等；(4)A、催化劑只能加快反應速率，對化學平衡無影響，選項A錯誤；B、降低溫度，化學反應速率降低，選項B錯誤；C、增大壓強，化學反應速率增大，根據勒夏特列原理，增大壓強，化學平衡向體積減小的方向移動，即正反應方向移動，選項C正確；D、分離出甲醇，雖然化學平衡向正反應方向移動，但二氧化碳的轉化率增大，化學反應速率不增大，選項D錯誤。答案選C。