Question

【題目】合成氣（CO+H2）廣泛用于合成有機物，工業上常采用天然氣與水蒸氣反應等方法來制取合成氣。

（1）在150℃時2L的密閉容器中，將2molCH4和2molH2O(g)混合，經過15min達到平衡，此時CH4的轉化率為60%。回答下列問題：

①從反應開始至平衡，用氫氣的變化量來表示該反應速率v(H2)=__。

②在該溫度下，計算該反應的平衡常數K=__。

③下列選項中能表示該反應已達到平衡狀態的是__。

A.v(H2)逆=3v(CO)正

B.密閉容器中混合氣體的密度不變

C.密閉容器中總壓強不變

D.C(CH4)=C(CO)

（2）合成氣制甲醚的反應方程式為2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3（g）+H2O(g) △H=bkJ/mol。有研究者在催化劑（Cu—Zn—Al—O和A12O3)、壓強為5.OMPa的條件下，由H2和CO直接制備甲醚，結果如圖所示。

①290℃前，CO轉化率和甲醚產率的變化趨勢不一致的原因是__；

②b__0，（填“＞”或“＜”或“=”）理由是__。

（3）合成氣中的氫氣也用于合成氨氣：N2+3H22NH3。保持溫度和體積不變，在甲、乙、丙三個容器中建立平衡的相關信息如下表。則下列說法正確的是__；

A.n1=n2=3.2 B.φ甲=φ丙＞φ乙 C.ν乙＞ν丙＞ν甲 D.P乙＞P甲=P丙

容器	體積	起始物質	平衡時NH3的物質的量	平衡時N2的 體積分數	反應開始時的速率	平衡時容器內壓強
甲	1L	1molN2+3molH2	1.6mol	φ甲	ν甲	P甲
乙	1L	2molN2+6molH2	n1mol	φ乙	ν乙	P乙
丙	2L	2molN2+6molH2	n2mol	φ丙	ν丙	P丙

Answer 1

【答案】0.12mol·L-1·min-1 21.87 AC 有副反應發生 ＜ 平衡后，升高溫度，產率降低 BD

【解析】

（1）

①v(H2)==0.12mol·L-1·min-1；

②K＝==21.87mol2L-2；

③A．v逆(H2)＝3v正(CO)，根據反應速率之比等于化學計量數之比有v正(H2)＝3v正(CO)，故v逆(H2)＝v正(H2)，反應已達到平衡狀態，選項A選；

B．參與反應的物質均為氣體，氣體的總質量不變，反應在恒容條件下進行，故密度始終保持不變，密閉容器中混合氣體的密度不變，不能說明反應已達到平衡狀態，選項B不選；

C．同溫同壓下，氣體的壓強與氣體的物質的量成正比，該反應正反應為氣體體積增大的反應，密閉容器中總壓強不變，則總物質的量不變，說明反應已達到平衡狀態，選項C選；

D．反應開始時加入2 mol CH4和2 mol H2O(g)，反應過程中兩者的物質的量始終保持相等，c(CH4)=c(CO)不能說明反應已達到平衡狀態，選項D不選。

答案選AC；

（4）① 290℃前，CO轉化率隨溫度升高而降低，根據反應2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3（g）+ H2O(g)可知甲醚是生成物，產率應該降低，但反而增大，證明還有另外的反應生成甲醚，即CO的轉化率和甲醚產率的變化趨勢不一致的原因是有副反應發生；

②根據圖中信息可知，平衡后，升高溫度，產率降低，平衡向逆反應方向移動，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，△H=b＜0。

（3）根據表中數據知，甲丙中各反應物的濃度相等，所以相當于等效平衡，平衡時N2的體積分數相等；乙中各反應物濃度是甲的2倍，且壓強大于甲，增大壓強，平衡向氣體體積縮小的方向移動，所以平衡時乙中N2的體積分數小于甲；

A．甲丙中各反應物的濃度相等，n2=3.2，乙壓強大于甲乙，平衡正向移動，n1＞3.2，選項A錯誤；

B．甲丙為等效平衡，平衡時N2的體積分數相等φ甲 =φ丙，乙壓強大，平衡正向移動，平衡時乙中N2的體積分數小于甲，故φ甲 =φ丙＞φ乙，選項B正確；

C．甲丙中各反應物的濃度相等，為等效平衡，反應速率相等，ν丙=ν甲，乙中各反應物濃度平衡時接近甲丙的二倍，反應速率較大，ν乙＞ν丙=ν甲，選項C錯誤；

D．體積相同的容器中，甲丙等效，單位體積氣體總物質的量濃度相同，壓強相等P甲 =P丙，乙中平衡時單位體積氣體總物質的量接近甲丙的二倍，P乙＞P甲 =P丙，選項D正確。

答案選BD。