Question

12．CO是现代化工生产的基础原料，下列有关问题都和CO的使用有关．
（1）工业上可利用CO生产乙醇：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
又已知：H₂O（l）═H₂O（g）△H₂
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
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）△H
则：△H与△H₁、△H₂、△H₃之间的关系是：△H=△H₁-2△H₃-3△H₂．
（2）一定条件下，H₂、CO在体积固定的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CE．
A．2v（H₂）=v（CO）
B．CO的消耗速率等于CH₃OCH₃的生成速率
C．容器内的压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
E．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，反应如下：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）在一容积可变的密闭容器中充有10molCO和20molH₂，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（图1）所示．

①合成甲醇的反应为放热（填“放热”或“吸热”）反应．
②A、B、C三点的平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系为K_A=K_B＞K_C．
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2L．
④（图2）中虚线为该反应在使用催化剂条件下关于起始氢气与CO投料比和CO平衡转化率的关系图． 当其条件完全相同时，用实线画出不使用催化剂情况下CO平衡转化率的示意图．
⑤CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（p）的关系如（图3）所示，实际生产时条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，经济效益低．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）正逆反应速率相等，各物质的浓度不发生变化时表示化学反应处于平衡状态；
（3）根据温度和CO的转化率确定反应热；
②温度不变，化学平衡常数不变，温度升高平衡向吸热的方向移动，平衡常数变化；
③根据CO的转化率求出平衡常数，再根据A、B两点的平衡常数相同求出容器的体积；
④催化剂只改变反应速率不改变平衡移动，据此画图；
⑤实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是工业生产要考虑速经济效益，要考虑速度和效率，压强越大需要的条件越高，花费越大．

解答 解：（1）a、2CO（g）+4H₂（g）═CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
b、H₂O（l）═H₂O（g）△H₂
c、CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃
依据盖斯定律a-c×2-3b得到：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H=△H₁-2△H₃-3△H₂；
故答案为：△H₁-2△H₃-3△H₂；
（2）A．2v（H₂）=v（CO）没有指明正逆反应方向，故A错误；
B．因为CO与CH₃OCH₃的系数比为2：1，则CO的消耗速率等于CH₃OCH₃的生成速率，不能说明达到平衡，故B错误
C．因为反应前后气体系数不等，容器内的压强保持不变，说明气体物质的量不变，已达平衡状态，故C正确；
D．因为反应前后质量不变，体积也不变，混合气体的密度从反应开始到平衡一直不变，不能说明达到平衡，故D错误；
E．因为反应前后质量不变，物质的量在变，则混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化，能说明达到平衡，故E正确；
故选CE；
（3）①据图象可知，温度升高平衡逆向移动，即逆反应方向为吸热，所以正反应方向为放热，故答案为：放热；
②因B点与A点温度相同，K不变，对于上述反应温度升高平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，所以A、B、C三点的平衡常数K_A=K_B＞K_C，故答案为：K_A=K_B＞K_C；
③T₁时，A点对应的α=0.5，据平衡常数表达式可得K=1．因B点与A点温度相同，K不变，
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
起始（mol）  10          20            0
转化（mol）  8           16            8 
平衡（mol）  2           4             8
则K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）c（CO）}$=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）{\;}^{2}}$=1，解得：V=2L，
故答案为：2；
④使用催化剂，加快反应速率，但是不会引起平衡的移动，当不使用催化剂，起始H₂，CO投料比和CO平衡转化率的关系示意图如下：，故答案为：；

⑤实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是工业生产要考虑速经济效益，要考虑速度和效率，压强越大需要的条件越高，花费越大．
故答案为：在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，经济效益低．

点评 本题考查热化学方程式的书写、影响化学平衡的因素、化学平衡常数有关计算等，难度中等，注意对反应中能量的变化图的理解，本题综合性较大，是对热点知识的考查．