Question

【題目】煤的氣化和液化是現代能源工業中重點考慮的綜合利用技術。最常見的氣化方法是用煤作原料生產水煤氣，而比較流行的液化方法是煤在催化劑等條件下生產CH3OH。

已知制備甲醇的有關化學反應如下：

①CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-90.8 kJmol-1

②CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H2=-412 kJmol-1

③CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H3

I．回答下列問題：

（1）欲提高甲醇的產率，可以采取的措施有______（填字母序號）。

A．升高溫度

B．增大壓強

C．降低溫度

D．降低壓強

（2）提高甲醇反應選擇性的關鍵因素是______。

（3）保持溫度和容積不變，下列描述能說明反應③達到平衡狀態的是______（填字母序號）。

A．v（CO）：v（H2）：v（CH3OH）=1：2：1

B．混合氣體的壓強不再隨時間的變化而變化

C．單位時間內斷裂2 mol H-H鍵，同時生成3mol C-H鍵

D．一段時間內的平均反應速率等于0

E．混合氣體的平均摩爾質量保持不變

Ⅱ．在一密閉容器中投入1mol CO和2molH2發生反應③，實驗測得平衡時甲醇的物質的量隨溫度、壓強變化關系如圖1所示：

（1）壓強P1______P2（填“＞”、“＜“或”=”）。

（2）M、N兩點的化學反應速率：vM______vN（填“＞”、“＜“或“=”）

（3）對于氣相反應，用某組分B的平衡壓強P（B）代替物質的量濃度c（B）也可表示平衡常數（Kp），則M點時，平衡常數Kp=______（P1=5 MPa）。

（4）甲、乙兩個恒容密閉容器的體積相同，向甲中加入 1molCO和 2mol H2，向乙中加入2mol CO和4molH2，測得不同溫度下CO的平衡轉化率如圖2所示，則L、M兩點容器內壓強：P（M）______2P（L），平衡常數：K（M）______K（L）（填“＞”、“＞”或“=”）。

Answer 1

【答案】BC 合適的催化劑 BDE > > > <

【解析】

I.(1)首先根據蓋斯定律，寫出CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)的熱化學反應方程式，然后根據勒夏特列原理進行分析；

(2)提高甲醇反應選擇性的關鍵因素是合適的催化劑；

(3)根據化學平衡狀態的定義進行分析；

II.(1)作等溫線，增大壓強，平衡向正反應方向進行，CH3OH的物質的量增大，據此分析；

(2)利用壓強對反應速率的影響進行分析；

(3)利用“三段式”法進行計算；

(4)平衡常數只受溫度的影響，正反應為放熱反應，溫度越高，化學平衡常數越小；

I.(1)根據目標反應方程式，以及蓋斯定律，①＋②得出△H3=(－90.8kJ·mol－1－412kJ·mol－1)=－502.8kJ·mol－1，

A.該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向進行，甲醇的產率降低，故A不符合題意；

B.根據反應方程式，增大壓強，平衡向正反應方向進行，甲醇物質的量增大，即產率增大，故B符合題意；

C.該反應為放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向進行，甲醇物質的量增大，即產率增大，故C符合題意；

D.降低壓強，平衡向逆反應方向進行，甲醇物質的量減少，產率降低，故D不符合題意；

故答案選BC；

(2)提高甲醇反應選擇性的關鍵因素是選擇合適的催化劑；

(3) A.沒有指明反應的方向，因此無法判斷是否達到平衡，故A不符合題意；

B.恒溫恒容下，反應前后氣體系數之和不相等，因此當壓強不再改變，說明反應達到平衡，故B符合題意；

C.斷裂H-H鍵和生成C－H鍵，反應都是向正反應方向進行，因此單位時間內斷裂2molH－H鍵，同時生成3molC－H鍵，不能說明反應達到平衡，故C不符合題意；

D.當達到平衡時，同種物質消耗量和生成量相等，即一段時間內的平均反應速率等于0，故D符合題意；

E.根據，組分都是氣體，所以氣體質量不變，反應前后氣體系數之和不相等，因此當平均摩爾質量不變時，說明反應達到平衡，故E符合題意；

故答案選BDE；

II.(1)根據反應方程式，增大壓強，平衡向正反應方向移動，CH3OH物質的量增多，根據圖像，作等溫線，P1對應甲醇的物質的量大于P2時的，因此P1>P2；

(2)M、N兩點溫度相等，M點的壓強大于N點壓強，壓強越大，反應速率越快，v（M）>v(N)；

(3)利用“三段式”進行分析，M點CH3OH物質的量為0.25mol，因此有平衡常數Kp==；

(4)M點和L點，CO的轉化率相同，因為體積相同，且乙中氣體是甲中氣體的2倍，則相同溫度是P(M)=2P(L)，M點溫度高，因此P(M)>2P(L)；平衡常數只與溫度有關，該反應為放熱反應，溫度越高反應進行的限度越小，平衡常數越小，因此K(M)<K(L)。