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：

化學反應	平衡 常數	溫度/℃[
		500	800
①2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)	K1	2.5	0.15
②H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)	K2	1.0	2.50
③3H2(g)＋CO2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)	K3

（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________v逆(填“>”、“＝”或“<”)。

（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________p2(填“>”、“<”或“＝”)，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________H2。（填“>”、“<”或“＝”）

（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】Ⅰ．（1）K1·K2，>；（2）加入催化劑；將容器的體積（快速）壓縮至2 L；Ⅱ．（1）<；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；（2）；（3）＝；（4）C。

【解析】

試題分析：I.（1）根據化學平衡常數的表達式，K1=c(CH3OH)/[c(CO)×c2(H2)]，K2=c(CO)×c(H2O)/[c(H2)×c(CO2)]，K3=c(H2O)×c(CH3OH)/[c3(H2)×c(CO2)]，因此K3=K1×K2，代入數值，500℃K3=2.5×1.0=2.5，此時的濃度商，Qc=0.3×0.15/(0.83×0.1)≈0.88<2.5，說明反應向正反應方向進行，即v正<v逆；(2)I變成II，反應速率加快，但是達到平衡時CO的濃度相等，說明改變的條件只能加快反應速率，但對平衡無影響，因此改變的是催化劑；I變為III，反應速率加快，CO濃度增大，改變的條件：將容器的體積（快速）壓縮至2 L；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)=(a－0.75a)/Vmol·L－1=0.25aVmol·L－1、c(H2)=(2a－2×0.75a)/Vmol·L－1=0.5a/Vmol·L－1、c(CH3OH)=0.75a/Vmol·L－1，根據化學平衡常數的定義，K=；(3)氫氣的轉化率為2×0.75a/2a×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，故錯誤；B、降低溫度，化學反應速率降低，故錯誤；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，故正確；D、分離出CH3OH，雖然化學平衡向正反應方向進行，CO的轉化率增大，但化學反應速率不增大，故錯誤。