Question

能源短缺是人类面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应I：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）+Q₁
反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）+Q₂
下表所列数据是反应I在不同温度下的化学平衡常数（K）

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

（1）在一定条件下将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中发生反应I，5分钟后测得c（CO）=0.2mol/L，计算此段时间的反应速率（用H₂表达）

 

 mol/（L?min）．
（2）由表中数据判断Q₁

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）若容器容积不变，下列措施可提高反应I中CO转化率的是

 

（选填编号）．
a．充入CO，使体系总压强增大           b．将CH₃OH（g）从体系中分离
c．充入He，使体系总压强增大            d．原料气循环使用
（4）写出反应Ⅱ的平衡常数表达式：K=

 

；由于CO₂化学惰性很大，因此找到合适的催化剂是实现该反应工业化的关键．该反应使用催化剂无法达到的效果是

 

（选填编号）．
a．提高甲醇的单位时间产量      b．提高CO₂的转化率   c．缩短达到平衡所需时间．

Answer 1

分析：（1）计算CO浓度变化量，再根据v=

△c

△t

计算v（CO），利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
（2）由表中数据可知，温度升高K减小，说明温度升高平衡左移，逆向是吸热反应，正向是放热反应；
（3）提高反应I中CO转化率，改变条件应是平衡向正反应移动，结合选项根据平衡移动原理解答，但不能只增大CO的浓度；
（4）化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；
催化剂降低活化能，改变化学反应的反应速率，不能改变化学平衡．

解答：解：（1）CO浓度变化量为

2mol

2L

-0.2mol/L=0.8mol/L，故v（CO）=

0.8mol/L

5min

=0.16mol/（L?min），速率之比等于化学计量数之比，故v（H₂）=2v（CO）=2×0.16mol/（L?min）=0.32mol/（L?min），
故答案为：0.32；
（2）由表中数据可知，随温度升高，平衡常数K减小，说明温度升高，平衡逆向进行，所以正向是放热反应，即Q₁＞0，故答案为：＞；
（3）a．充入CO，使体系总压强增大，平衡向正反应移动，但CO的转化率降低，故a错误；
b．将CH₃OH（g）从体系中分离，平衡向正反应方向移动，CO转化率增大，故b正确；
c．充入He，使体系总压强增大，各物质的浓度不变，平衡不移动，CO转化率不变，故c错误；
d．原料气循环使用，CO被充分利用，CO的转化率增大，故d正确；
故答案为：bd；
（4）反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常数k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
寻找到合适的催化剂是实现反应工业化的关键，催化剂降低反应活化能，增大反应速率，但不改变化学平衡，
a．反应速率增大，单位时间内生成甲醇增大，提高单位时间内甲醇的产量，故a正确；
b．使用催化剂，不影响平衡移动，二氧化碳的转化率不变，故b错误；
c．催化剂加快反应速率，缩短到达平衡的时间，故c正确；
故答案为：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；b．

点评：本题考查化学反应速率、化学平衡常数、化学平衡的影响因素等，难度中等，注意掌握外界条件对化学平衡的影响．