Question

【题目】Ⅰ．工业上可用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：

化学反应	平衡 常数	温度/℃[
		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）据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________（用K1、K2表示）。500 ℃时测得反应③在某时刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________v逆(填“>”、“＝”或“<”)。

（2）在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c(CO)—反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示，若在t0时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是_______________。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是______________。

Ⅱ．利用CO和H2可以合成甲醇，反应原理为CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)。一定条件下，在容积为V L的密闭容器中充入a mol CO与2a mol H2合成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。

（1）p1________p2(填“>”、“<”或“＝”)，理由是 。

（2）该甲醇合成反应在A点的平衡常数K＝ （用a和V表示）。

（3）该反应达到平衡时，反应物转化率的关系是CO________H2。（填“>”、“<”或“＝”）

（4）下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高CO转化率的是________（填字母）。

A．使用高效催化剂 B．降低反应温度

C．增大体系压强 D．不断将CH3OH从反应混合物中分离出来

Answer 1

【答案】Ⅰ．（1）K1·K2，>；（2）加入催化剂；将容器的体积（快速）压缩至2 L；Ⅱ．（1）<；甲醇的合成反应是分子数减少的反应，相同温度下，增大压强CO的转化率提高；（2）；（3）＝；（4）C。

【解析】

试题分析：I.（1）根据化学平衡常数的表达式，K1=c(CH3OH)/[c(CO)×c2(H2)]，K2=c(CO)×c(H2O)/[c(H2)×c(CO2)]，K3=c(H2O)×c(CH3OH)/[c3(H2)×c(CO2)]，因此K3=K1×K2，代入数值，500℃K3=2.5×1.0=2.5，此时的浓度商，Qc=0.3×0.15/(0.83×0.1)≈0.88<2.5，说明反应向正反应方向进行，即v正<v逆；(2)I变成II，反应速率加快，但是达到平衡时CO的浓度相等，说明改变的条件只能加快反应速率，但对平衡无影响，因此改变的是催化剂；I变为III，反应速率加快，CO浓度增大，改变的条件：将容器的体积（快速）压缩至2 L；II.（1）根据勒夏特列原理，等温下，压强越大，平衡向正反应方向进行，CO的转化率增大，即p1<p2；(2)达到平衡组分的浓度分别是c(CO)=(a－0.75a)/Vmol·L－1=0.25aVmol·L－1、c(H2)=(2a－2×0.75a)/Vmol·L－1=0.5a/Vmol·L－1、c(CH3OH)=0.75a/Vmol·L－1，根据化学平衡常数的定义，K=；(3)氢气的转化率为2×0.75a/2a×100%=75%，与CO的转化率相等；（4）A、催化剂只能加快反应速率，对化学平衡无影响，故错误；B、降低温度，化学反应速率降低，故错误；C、增大压强，化学反应速率增大，根据勒夏特列原理，增大压强，化学平衡向体积减小的方向移动，即正反应方向移动，故正确；D、分离出CH3OH，虽然化学平衡向正反应方向进行，CO的转化率增大，但化学反应速率不增大，故错误。