Question

【题目】天然气是一种清洁的化石燃料，也是引起温室效应的一种物质。天然气的综合利用对节能减排、高效利用能源、减少二氧化碳排放有重大意义。作为化工原料，合成甲醇是天然气综合利用的重要途径。

CH4(g)+ CO2(g) 2CO(g)+ 2H2(g)△H=+247.3 kJ·mol—1 　①

CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) △H=+206.2 kJ·mol—1 ②

Ⅰ、合成甲醇的主要反应为：2H2(g)+ CO(g)CH3OH(g) △H=-90.8 kJ·mol—1　

(1)该反应熵变△S________0(填“＞、＝或＜”)，该反应在______(填“高温”或“低温”)条件下能自发进行。

(2)生产过程中，合成气要循环，其目的是：________________________________。

(3)T℃下此反应的平衡常数为160。某时刻测得各组分的浓度如下，比较此时正、逆反应速率的大小：υ(正)________υ(逆)(填“＞”“＜”或“＝”)

物质	H2	CO	CH3OH
浓度/(mol·L—1)	0.20	0.10	0.40

(4)在恒温恒容条件下，充入一定量的H2和CO，发生上述反应，则该反应达到平衡状态的标志有（__________________）

A.混合气体的密度保持不变 B.混合气体的总压强保持不变

C.甲醇的浓度保持不变 D.υ正(H2)= υ逆(CH3OH)

(5)在恒温恒容条件下，要提高反应2H2(g)+ CO(g) CH3OH(g)中CO的转化率，可以采取的措施是（______________）

A.升温 B.加入催化剂 C.增加CO的浓度

D.增加H2的浓度 E.充入惰性气体 F.分离出甲醇

Ⅱ、合成甲醇的另一反应为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H＝－akJ·mol－1(a＞0)。

在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2 molCO2和3mol H2，发生上述反应，测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

(6)下列措施中能使n(CH3OH )/n(CO2 )增大的是______(填编号)。

A.升高温度

B.恒温恒容下充入He(g)

C.将H2O(g)从体系中分离

D.恒温恒容再充入2 mol CO2和3 mol H2

(7)经计算该温度下此反应的平衡常数K=0.20 L2·mol—2。若改变条件_________(填选项)，可使K＝1。

A.增大压强 B.增大反应物浓度 C.降低温度

D.升高温度 E.加入催化剂

(8)10min内，用H2表示的该反应的化学反应速率为=_________mol·L—1·min—1

Answer 1

【答案】< 低温 提高原料利用率 ＞ BC DF CD C 0.075

【解析】

Ⅰ、(1)根据反应前后气体物质的量变化分析熵变；根据△H-T△S<0分析；(2)生产过程中合成气循环使用可以提高原料利用率。(3)根据Q、K的关系判断。(4)根据平衡标志分析；(5)根据影响平衡移动的因素分析；Ⅱ、(6)要使n(CH3OH )/n(CO2 )增大，平衡需正向移动；(7)平衡常数只与温度有关，温度改变，平衡常数改变。(8)根据计算速率。

Ⅰ、(1)反应后气体物质的量减少，所以△S<0；该反应△H<0、△S<0，所以该反应在低温条件下能自发进行。(2)生产过程中，合成气要循环，其目的是提高原料利用率；(3)100<K，所以反应正向进行，υ(正)>υ(逆) ；(4) A．气体总质量不变，容器体积不变，所以密度是恒量，混合气体的密度保持不变，不一定达到平衡状态，故不选A； B．混合气体物质的量是变量，容器体积不变，所以混合气体压强是变量，若混合气体的总压强保持不变，一定达到平衡状态，故选B； C．根据平衡定义，若甲醇的浓度保持不变，一定达到平衡状态，故选C； D．正逆反应速率比等于系数比时，一定平衡，若υ正(H2)= υ逆(CH3OH)，没有达到平衡状态，故不选D 。(5) A．正反应放热，升温，平衡逆向移动，CO的转化率减小，故不选A； B．加入催化剂，平衡不移动，CO的转化率不变，故不选B； C．增加CO的浓度，平衡正向移动，但CO的转化率减小，故不选C； D．增加H2的浓度，平衡正向移动，CO的转化率增大，故选D； E．恒容条件下，充入惰性气体，平衡不移动，CO的转化率不变，故不选E；F．分离出甲醇，平衡正向移动，CO的转化率增大，故选F；

Ⅱ、(6)A、CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ，正反应放热，升高温度，平衡逆向移动，n(CH3OH )/n(CO2 )减小，故不选A；B．恒温恒容下充入He(g)，各物质的浓度都不变，平衡不移动，n(CH3OH )/n(CO2 )不变，故不选B； C．将H2O(g)从体系中分离，平衡正向移动，n(CH3OH )/n(CO2 )增大，故选C； D．恒温恒容再充入2 mol CO2和3 mol H2，相当于增大压强，平衡正向移动，n(CH3OH )/n(CO2 )增大，故选D。(7)平衡常数只与温度有关，温度改变，平衡常数改变，正反应放热，降低温度，平衡正向移动，平衡常数增大，所以降低温度可使平衡常数由0.20 变为1，选C。(8)根据图示CO2的浓度变化量为0.25 mol·L-1，所以氢气的浓度变化量为0.75 mol·L-1， 0.075 mol·L-1·min-1。