Question

【題目】煤的氣化可以減少環境污染，而且生成的CO和H2被稱作合成氣，能合成很多基礎有機化工原料。

（1）一定條件下，H2 、CO在體積固定的絕熱密閉容器中發生如下反應：4H2（g）＋2CO（g） CH3OCH3（g）＋H2O（g），下列選項能判斷該反應達到平衡狀態的依據的有________。

A．v（H2）＝2v（CO）

B．平衡常數K不再隨時間而變化

C．混合氣體的密度保持不變

D．混合氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化

（2）工業可采用CO與H2反應合成再生能源甲醇，反應：CO（g）＋2H2（g） CH3OH（g），在一容積可變的密閉容器中充有10 mol CO和20 mol H2，在催化劑作用下發生反應生成甲醇。CO的平衡轉化率（α）與溫度（T ）、壓強（p）的關系如下圖1所示。

①合成甲醇的反應為________（填“放熱”或“吸熱”）反應。

②A、B、C三點的平衡常數KA、KB、KC的大小關系為________，p1和p2的大小關系為______。

③若達到平衡狀態A時，容器的體積為10 L，則在平衡狀態B時容器的體積為_______ L。

④ CO的平衡轉化率（α）與溫度（T ）、壓強（p）的關系如上圖2所示，實際生產時條件控制在250 ℃ 、1．3×104 kPa左右，選擇此壓強的理由是_________________。

Answer 1

【答案】（1） B D

（2）① 放熱 ② KA＝KB>KC p1<p2 ③ 2

④ 在1．3×104 kPa下，CO的轉化率已較高，再增大壓強，CO的轉化率提高不大，生產成本卻增加

【解析】

試題分析：（1）A．v（H2）＝2v（CO），沒有正逆反應速率，不能說明反應達到平衡狀態，錯誤；B．該反應過程中有能量變化，在絕熱密閉容器中，若反應發生，容器中的溫度發生變化，K也發生變化，當平衡常數K不再隨時間而變化時，反應達到平衡狀態，正確；C．在體積固定的密閉容器中，質量和體積始終保持不變，混合氣體的密度始終保持不變，不能說明反應達到平衡狀態，錯誤；D．該反應左右氣體系數和不相等，根據M=m÷n，混合氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化時說明反應達到平衡狀態，正確；答案選BD。

（2）①根據圖1，升高溫度，CO的平衡轉化率降低，說明平衡向逆反應方向移動，而升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，所以合成甲醇的反應為放熱反應。

②由圖1可知，A、B兩點是等溫點，而C點溫度大于A、B點，該反應為放熱反應，升高溫度，化學平衡常數降低，所以A、B、C三點的平衡常數KA、KB、KC的大小關系為KA＝KB>KC。從P1到P2，CO的平衡轉化率增大，說明平衡向正反應方向移動，該反應的正反應為系數減小的反應，增大壓強，平衡向系數減小的方向移動，所以p1<p2。

③密閉容器中充有10 mol CO和20 mol H2，若達到平衡狀態A時，CO的轉化率為50%，則平衡時CO為5mol，氫氣為10mol，甲醇為5mol，總物質的量為20mol，在平衡狀態B時，CO的轉化率為80%，則平衡時CO為2mol，氫氣為4mol，甲醇為8mol，總物質的量為14mol，A、B兩點的溫度相同，化學平衡常數不變，設容器的體積為V，則0．5÷（0．5×1）=8/V÷2/V×（4/V）2，解得V=2。

④在1．3×104 kPa下，CO的轉化率已較高，再增大壓強，CO的轉化率提高不大，生產成本卻增加，所以實際生產時條件控制在250 ℃ 、1．3×104 kPa左右。