Question

煤氣化和液化是現(xiàn)代能源工業(yè)中重點(diǎn)考慮的能源綜合利用方案。最常見的氣化方法為用煤生產(chǎn)水煤氣，而當(dāng)前比較流行的液化方法為用煤生產(chǎn)CH3OH。

（1）已知：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1

2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)　ΔH2

2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)　ΔH3

則反應(yīng)CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)的ΔH＝______。

（2）如圖是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線。

①T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1________K2(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②由CO合成甲醇時(shí)，CO在250 ℃、300 ℃、350 ℃下達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系曲線如下圖所示，則曲線c所表示的溫度為________ ℃。實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是____________。

③以下有關(guān)該反應(yīng)的說法正確的是________(填序號(hào))。

A．恒溫、恒容條件下，若容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化，則可逆反應(yīng)達(dá)到平衡

B．一定條件下，H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時(shí)，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡

C．使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間并提高CH3OH的產(chǎn)率

D．某溫度下，將2 mol CO和6 mol H2充入2 L密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測得c(CO)＝0.2 mol·L－1，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%

（3）一定溫度下，向2 L固定體積的密閉容器中加入1 mol CH3OH(g)，發(fā)生反應(yīng)：CH3OH(g)??CO(g)＋2H2(g)，H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化的曲線如圖所示。

0～2 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)＝__________。該溫度下，反應(yīng)CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)的平衡常數(shù)K＝__________。相同溫度下，若開始時(shí)加入CH3OH(g)的物質(zhì)的量是原來的2倍，則__________(填序號(hào))是原來的2倍。

A．平衡常數(shù) B．CH3OH的平衡濃度

C．達(dá)到平衡的時(shí)間 D．平衡時(shí)氣體的密度

 

Answer 1

（1）ΔH1＋ΔH2－ΔH3

（2）①＞　②350　1.3×104 kPa下CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增大壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加很多，得不償失　③AD

（3）0.125 mol·L－1·min－1　4　D

【解析】（1）根據(jù)蓋斯定律可得，ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。（2）①由圖可知，T2＞T1，溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高時(shí)K降低，所以K1＞K2。②曲線c的轉(zhuǎn)化率最低，則其對(duì)應(yīng)的溫度最高，所以曲線c所表示的溫度為350 ℃。1.3×104 kPa下CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增大壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加很多，得不償失。③A項(xiàng)，由于CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)為反應(yīng)前后氣體體積不相等的反應(yīng)，所以當(dāng)其達(dá)到平衡時(shí)，體系的壓強(qiáng)才保持不變，對(duì)；B項(xiàng)，H2與CO均為反應(yīng)物，在未達(dá)到平衡時(shí)H2的消耗速率也是CO的消耗速率的2倍，錯(cuò)；C項(xiàng)，使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，但不能提高CH3OH的產(chǎn)率，錯(cuò)；D項(xiàng)，CO起始濃度為1 mol·L－1，平衡后為0.2 mol·L－1，則轉(zhuǎn)化0.8 mol·L－1，轉(zhuǎn)化率為80%，對(duì)。（3）0～2 min內(nèi)n(H2)的改變量為1.0 mol，濃度的變化量為0.5 mol·L－1，則v(H2)＝0.25 mol·L－1·min－1，v(CH3OH)＝0.125 mol·L－1·min－1；各物質(zhì)的平衡濃度分別為c(H2)＝0.5 mol·L－1，c(CO)＝0.25 mol·L－1，c(CH3OH)＝0.25 mol·L－1，則反應(yīng)CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g)的K1＝＝＝0.52＝0.25，而反應(yīng)CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數(shù)K＝1/K1＝1/0.25＝4。