Question

【题目】利用工业废气 CO2 或 CO 和 H2 在一定条件下可制备燃料甲醇。

Ⅰ．利用工业废气 CO 合成甲醇，其能量变化示意图如下：

(1)图中曲线 a 到曲线 b 的措施是_______。该反应 ΔS________0(填“>”或“<”)

(2)一定条件下，在 2 L 密闭容器中充入 1 mol CO 和 2 mol H2，10 min 后达到平衡，放出热量 45.5kJ，则 10 min 内 H2 的转化率为_____；该温度下反应的平衡常数 K=_____；达到平衡后，再向容器中充入 CO、H2、CH3OH 各 1 mol，则此时 υ正_____υ逆 (填“>”“<”或“=”)

(3)下列措施可以提高甲醇产率的是_____。

a．压缩容器体积

b．将 CH3OH (g)从体系中分离

c．恒容条件下充入He，使体系总压强增大

d．恒压条件下再充入 10mol CO 和 20mol H2

(4)现有容积均为 1L 的 a、b、c 三个密闭容器，向其中分别充入 1molCO 和 2molH2 的混合气体，控制温度，进行反应，测得相关数据的关系如图所示。b 中甲醇体积分数大于 a 中的原因是_______达到平衡时，a、b、c 中 CO 的转化率大小关系为_______。

Ⅱ．用工业废气中的 CO2制取甲醇和水蒸气

(5)一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入1mol CO2和3mol H2，在不同催化剂作用下发生反应 I、反应II与反应III，相同时间内CO2的转化率随温度变化如图所示：

①催化剂效果最佳的反应是_____(填“反应 I”，“反应 II”，“反应 III”)。

②b 点υ正_____υ逆(填 “>”， “<”， “=”)。

③若此反应在 a 点时已达平衡状态，a 点的转化率比 c 点高的原因是_____。

④c点时该反应的平衡常数K＝_____。

Answer 1

【答案】加入催化剂 < 50% 4 > ab b 处反应温度高，则反应速率快，反应相同时间生成的甲醇多，体积分数大 a>b>c 反应 I > 该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动

【解析】

(1)反应路径发生了变化，活化能下降，应为加入催化剂；反应发生后，气体物质的量减小，熵值减小，所以ΔS<0；

(2)2molH2完全反应释放的热量是91kJ，现在反应达平衡后只释放了45.5kJ的热量，所以H2消耗1mol，转化率为50%，化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，平衡时三种物质CO、H2、CH3OH的浓度分别为0.25mol/L、0.5mol/L、0.25mol/L，平衡常数K===4；三种物质都加入1mol后，Qc===1<K，反应正向移动，v正>v逆；

(3)a．压缩容器体积，平衡正向移动，甲醇产率增大，a符合题意；

b．将CH3OH(g)从体系中分离，平衡正向移动，甲醇产率增大，b符合题意；

c．恒容条件下充入He，各物质浓度不变，对平衡无影响，c不合题意；

d．恒压条件下再充入10molCO和20molH2，达到平衡时，各物质浓度不变，甲醇的产率不变，d不合题意；

答案为：ab；

(4)反应开始5min后，a中温度比b中低，反应速率比b中慢，生成甲醇的量少，体积分数小，所以，b中甲醇体积分数大于a中的原因是b处反应温度高，则反应速率快，反应相同时间生成的甲醇多，体积分数大；比较b、c两点甲醇的体积分数，可得出△H<0，温度升高平衡逆向移动，平衡时CO转化率依次减小，所以a>b>c。答案为：b处反应温度高，则反应速率快，反应相同时间生成的甲醇多，体积分数大；a>b>c；

(5)①在低温时，相同温度、相同时间内反应I转化率最高，所以催化剂效果最好的是反应I；

②b点尚未达到平衡状态，从催化剂效果更好的反应II和III可知，b点反应仍正向进行，所以υ正>υ逆；

③c点温度更高，比a提前达到平衡状态，所以a、c两点均是平衡点。从a、c点的比较可以看出，温度升高CO2的转化率减小，平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，从而得出原因是：该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动；

④利用三段式，可以建立以下关系：

K==。