Question

【題目】Ⅰ.甲醇是重要的化學工業基礎原料和清潔液體燃料，工業上可利用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）

（2）反應③的ΔS__________0（填“＞”、“＜”）；反應③的ΔH__________0（填“＞”、“＜”）

（3）500℃時測得反應③在某時刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度（mol/L）分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時V正__________V逆（填“＞”、“＝”或“＜”）

Ⅱ.一定條件下，在容積為2L的密閉容器中充入lmolCO與2molH2合成甲醇，平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示：

（1）p1__________p2（填“＞”、“＝”或“＜”）。

（2）該反應達到平衡時，反應物轉化率的關系是CO____________H2（填“＞”、“＝”或“＜”）。

（3）若100℃P1時達平衡所用的時間為5min，則從開始到平衡這段時間用H2表示的速率為_______________________。

（4）該甲醇合成反應在A點的平衡常數K＝___________。

Answer 1

【答案】K1×K2 < < > < ＝ 0.15mol/(L.min) 48

【解析】

I.(1)根據蓋斯定律分析解答；

(2)體系的微觀狀態數越多，體系的混亂度越大，熵越大，結合溫度對平衡的影響分析解答；

(3)依據某時刻濃度商和平衡常數比較判斷反應進行的方向；

Ⅱ.(1)發生的反應為CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，CO的轉化率增大；

(2)起始時物質的量比等于化學計量數之比，結合方程式分析判斷；

(3)100℃p1時達平衡所用的時間為5min，轉化的CO為1mol×75%=0.75mol，由反應可知消耗氫氣為0.75mol×2=1.5mol，結合v=計算；

(4)根據平衡時的物質的量分別計算各物質的平衡濃度，再結合平衡常數K為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積計算解答。

Ⅰ.(1)①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ，②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)，根據蓋斯定律，將①+②得到③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，所以平衡常數K3=K1×K2，故答案為：K1×K2；

(2)反應③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O (g)是氣體體積減小的反應，屬于熵減小的反應。500°C時，K3=K1×K2=2.5×1.0=2.5，800°C時，K3=K1×K2=2.5×0.15=0.375，溫度升高，平衡常數減小，說明平衡逆向移動，所以該反應是放熱反應，△H＜0，故答案為：＜；＜；

(3)500°C時，K3=K1×K2=2.5×1.0=2.5，在500℃時，測得反應③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)在某時刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O (g)的濃度(mol/L)分別為0.8、0.1、0.3、0.15，Qc==0.87＜K=2.5，反應正向移動，V正＞V逆，故答案為：＞。

Ⅱ.(1)CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，CO的轉化率增大，可知p1＜p2，故答案為：＜；

(2)起始時物質的量比等于化學計量數之比，CO的轉化率與H2的轉化率相等，故答案為：=；

(3)100℃p1時達平衡所用的時間為5min，轉化的CO為1mol×75%=0.75mol，由反應可知消耗氫氣為0.75mol×2=1.5mol，用H2表示的速率為=0.15mol/(L·min)，故答案為：0.15mol/(L·min)；

(4)在A點時CO的平衡濃度為=0.125mol/L，氫氣的平衡濃度為=0.25mol/L，甲醇的平衡濃度為=0.375mol/L，平衡常數K==48，故答案為：48。