Question

【题目】煤的气化可以减少环境污染，而且生成的CO和H2被称作合成气，能合成很多基础有机化工原料。

（1）工业上可利用CO生产乙醇:2CO（g）＋4H2（g）CH3CH2OH（g）＋H2O（g） ΔH1

又已知：H2O（l）=== H2O（g） ΔH2

CO（g）＋H2O（g） CO2（g）＋H2（g） ΔH3

工业上也可利用CO2（g）与H2（g）为原料合成乙醇：

2CO2（g）＋6H2（g） CH3CH2OH（g）＋3H2O（l） ΔH

则：ΔH与ΔH1、ΔH2、ΔH3之间的关系是：ΔH＝_______________________。

（2）一定条件下，H2、CO在体积固定的绝热密闭容器中发生如下反应：

4H2（g）+2CO（g）CH3OCH3（g）+H2O（g），

下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据的有_____________。

A．v（H2）= 2 v（CO）

B．平衡常数K不再随时间而变化

C．混合气体的密度保持不变

D．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化

（3）工业可采用CO与H2反应合成再生能源甲醇，反应：

CO（g）+ 2H2（g） CH3OH（g）

在一容积可变的密闭容器中充有10molCO和20mol H2，在催化剂作用下发生反应生成甲醇。CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（p）的关系如下图所示。

①合成甲醇的反应为___________（填“放热”或“吸热”）反应。

②A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为___________。P1和P2的大小关系为___________。

③若达到平衡状态A时，容器的体积为10L，则在平衡状态B时容器的体积为______L。

④CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（p）的关系如下图所示，实际生产时条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是__________________。

Answer 1

【答案】 ΔH1 -3ΔH2-2ΔH3 BD 放热 KA=KB>KC P1<P2 2 在1.3×104Pa下，CO的转化率已较高，再增大压强，CO的转化率提高不大，生产成本却增加。

【解析】（1）已知：①2CO（g）＋4H2（g）CH3CH2OH（g）＋H2O（g） ΔH1

②H2O（l）=== H2O（g） ΔH2

③CO（g）＋H2O（g） CO2（g）＋H2（g） ΔH3

根据盖斯定律，则①﹣②×3﹣③×2得2CO2（g）＋6H2（g） CH3CH2OH（g）＋3H2O（l），则：ΔH =ΔH1﹣3ΔH2﹣2ΔH3；

（2）A、2v(H2)=v(CO)中未指明正逆反应速率，不能说明已达到化学平衡，选项A错误；B、平衡常数与浓度、压强无关，只与温度有关，温度一定时平衡常数为定值，绝热密闭容器中，容器中的温度随着反应进行不断变化，则平衡常数不断变化，当平衡常数不变时说明已达到了平衡状态，选项B正确；C、容器体积不变，混合气体总质量不变，混合气体密度始终保持不变，不能说明已达到平衡状态，选项C错误；D、混合气体总质量不变，随反应进行气体物质的量减小，混合气体平均相对分子质量减小，当混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化，说明反应已达到平衡状态，选项D正确。答案选BD；

（3）①由图1可知，压强一定时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，即正反应为放热反应；②平衡常数与压强无关，只与温度有关，A、B温度相等，则KA=KB，相同压强下，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则平衡常数减小，故KB＞KC，故KA=KB＞KC；增大压强平衡正移，CO的转化率增大，已知P2条件下，CO的转化率大，则P1＜P2；③A、B两点温度相等，压强不同，平衡常数相同，对应A点，CO转化率为0.5，参加反应CO为10mol×0.5=5mol，

CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）

开始时的物质的量（mol）： 10 20 0

转化的物质的量（mol）： 5 10 5

平衡时的物质的量（mol）： 5 10 5

故T1温度下，平衡常数K=1

对应B点，CO转化率为0.8，参加反应CO为10mol×0.8=8mol，

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

开始时的物质的量（mol）：10 20 0

转化的物质的量（mol）：8 16 8

平衡时的物质的量（mol）：2 4 8

设平衡时的体积为VL，则K==1，解得V=2；

④由图3可知，在250°C、1.3×104kPa左右，CO的转化率已较高，再增大压强，CO转化率提高不大，且增大生产成本，故选择250℃、1.3×104kPa左右，故为：在1.3×104Pa下，CO的转化率已较高，再增大压强，CO的转化率提高不大，生产成本却增加。