Question

工業(yè)上一般在恒容密閉容器中采用下列反應(yīng)合成甲醇：

CO(g)＋2H₂(g)  CH₃OH(g)+Q

（1）能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是(填字母序號(hào)，下同)________。

A．生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等      B．混合氣體的密度不變

C．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變             D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化

（2）下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)。

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

 

①由表中數(shù)據(jù)判斷該反應(yīng)Q________(填“>”、“＝”或“<”)0；

②某溫度下，將2 mol CO和6 mol H₂充入2 L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c(CO)＝0.2 mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______，此時(shí)的溫度為_(kāi)_______。

（3）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是________。

a．升溫；b．加入催化劑；c．增加CO的濃度；d．加入H₂加壓；e．加入惰性氣體加壓；f．分離出甲醇

（4）尋找合適的催化劑來(lái)改善上述合成甲醇的條件一直是研究課題�，F(xiàn)分別對(duì)X、Y、Z三種催化劑進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)（其他條件均相同）：

①X在T₁℃時(shí)催化效率最高，能使正反應(yīng)速率加快約3×10⁵倍；

②Y在T₂℃時(shí)催化效率最高，能使正反應(yīng)速率加快約3×10⁵倍；

③Z在T₃℃時(shí)催化效率最高，能使逆反應(yīng)速率加快約1×10⁶倍；

已知：T₁＞T₂＞T₃，根據(jù)上述信息，你認(rèn)為在生產(chǎn)中應(yīng)該選擇的適宜催化劑并簡(jiǎn)述理由：___________________________________________________。

 

Answer 1

【答案】

（1）CD

（2）①>    ②80%；250℃

（3）df （2分）

（4）選Z，溫度要求低，反應(yīng)速率快。（2分）

【解析】

試題分析：（1）A．無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率始終相等，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，錯(cuò)誤；B．混合物的質(zhì)量始終不變，容器的體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，錯(cuò)誤；C．反應(yīng)前后，混合氣體的物質(zhì)的量改變，氣體的質(zhì)量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，混合氣體的相對(duì)平均分子質(zhì)量不變，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，正確；D．反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，正確；故選CD；

（2）①升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，根據(jù)表格知，溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越小，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即△H＜0，而放出的熱量Q>0；

②平衡時(shí)一氧化碳的物質(zhì)的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，轉(zhuǎn)化率= n(CO)_{(反應(yīng))}/ n(CO)_{(反應(yīng)開(kāi)始)}×100%=(1−0.4)mol÷2mol×100%=80%

                  CO（g）+2H₂（g）≒CH₃OH（g）單位為mol/L

反應(yīng)開(kāi)始(mol/L)  1       3            0       

反應(yīng)(mol/L)       0.8     1.6         0.8

平衡(mol/L)       0.2     1.4        0.8

平衡常數(shù)K=0.8 / 0.2(1.4)²  =2.04，所以溫度是250℃。

（3）a．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故錯(cuò)誤；b．催化劑對(duì)平衡移動(dòng)無(wú)影響，故錯(cuò)誤；c．增加CO的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但CO的轉(zhuǎn)化率降低，故錯(cuò)誤；d．加入H₂加壓，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；e．加入惰性氣體加壓，參加反應(yīng)的氣體壓強(qiáng)不變，平衡不移動(dòng)，故錯(cuò)誤；f．分離出甲醇，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；故選df．

（4）因?yàn)門(mén)₁＞T₂＞T₃，所以溫度越低平衡常數(shù)越大，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越大，又催化劑同等程度加快反應(yīng)速率，所以既能在低溫下作用又能加快反應(yīng)速率的催化劑最好選用Z。

考點(diǎn)：本題考查的是化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)。