Question

煤氣化和液化是現代能源工業中重點考慮的能源綜合利用方案。最常見的氣化方法為用煤生產水煤氣，而當前比較流行的液化方法為用煤生產CH₃OH。
(1)已知：CO₂(g)＋3H₂(g)=CH₃OH(g)＋H₂O(g)　ΔH₁
2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g)　ΔH₂
2H₂(g)＋O₂(g)=2H₂O(g)　ΔH₃
則反應CO(g)＋2H₂(g)=CH₃OH(g)的ΔH＝______。
(2)如圖是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線。

①T₁和T₂溫度下的平衡常數大小關系是K₁________K₂(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②由CO合成甲醇時，CO在250 ℃、300 ℃、350 ℃下達到平衡時轉化率與壓強的關系曲線如下圖所示，則曲線c所表示的溫度為________ ℃。實際生產條件控制在250 ℃、1.3×10⁴ kPa左右，選擇此壓強的理由是____________。

③以下有關該反應的說法正確的是________(填序號)。
A．恒溫、恒容條件下，若容器內的壓強不發生變化，則可逆反應達到平衡
B．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時，可逆反應達到平衡
C．使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間并提高CH₃OH的產率
D．某溫度下，將2 mol CO和6 mol H₂充入2 L密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c(CO)＝0.2 mol·L^－1，則CO的轉化率為80%
(3)一定溫度下，向2 L固定體積的密閉容器中加入1 mol CH₃OH(g)，發生反應：CH₃OH(g)CO(g)＋2H₂(g)，H₂的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示。

0～2 min內的平均反應速率v(CH₃OH)＝__________。該溫度下，反應CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)的平衡常數K＝__________。相同溫度下，若開始時加入CH₃OH(g)的物質的量是原來的2倍，則__________(填序號)是原來的2倍。
A．平衡常數                 B．CH₃OH的平衡濃度
C．達到平衡的時間               D．平衡時氣體的密度

Answer 1

(1)ΔH₁＋ΔH₂－ΔH₃
(2)①＞　②350　1.3×10⁴ kPa下CO的轉化率已經很高，如果增大壓強，CO的轉化率提高不大，而生產成本增加很多，得不償失　③AD
(3)0.125 mol·L^－1·min^－1　4　D

(1)根據蓋斯定律可得，ΔH＝ΔH₁＋ΔH₂－ΔH₃。(2)①由圖可知，T₂＞T₁，溫度升高CO的轉化率降低，說明正反應為放熱反應，溫度升高時K降低，所以K₁＞K₂。②曲線c的轉化率最低，則其對應的溫度最高，所以曲線c所表示的溫度為350 ℃。1.3×10⁴ kPa下CO的轉化率已經很高，如果增大壓強，CO的轉化率提高不大，而生產成本增加很多，得不償失。③A項，由于CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)為反應前后氣體體積不相等的反應，所以當其達到平衡時，體系的壓強才保持不變，對；B項，H₂與CO均為反應物，在未達到平衡時H₂的消耗速率也是CO的消耗速率的2倍，錯；C項，使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間，但不能提高CH₃OH的產率，錯；D項，CO起始濃度為1 mol·L^－1，平衡后為0.2 mol·L^－1，則轉化0.8 mol·L^－1，轉化率為80%，對。(3)0～2 min內n(H₂)的改變量為1.0 mol，濃度的變化量為0.5 mol·L^－1，則v(H₂)＝0.25 mol·L^－1·min^－1，v(CH₃OH)＝0.125 mol·L^－1·min^－1；各物質的平衡濃度分別為c(H₂)＝0.5 mol·L^－1，c(CO)＝0.25 mol·L^－1，c(CH₃OH)＝0.25 mol·L^－1，則反應CH₃OH(g) ?CO(g)＋2H₂(g)的

而反應CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)的平衡常數K＝1/K₁＝1/0.25＝4。