Question

【題目】天然氣是一種清潔的化石燃料，也是引起溫室效應(yīng)的一種物質(zhì)。天然氣的綜合利用對節(jié)能減排、高效利用能源、減少二氧化碳排放有重大意義。作為化工原料，合成甲醇是天然氣綜合利用的重要途徑。

CH4(g)+ CO2(g) 2CO(g)+ 2H2(g)△H=+247.3 kJ·mol—1 �、�

CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) △H=+206.2 kJ·mol—1 ②

Ⅰ、合成甲醇的主要反應(yīng)為：2H2(g)+ CO(g)CH3OH(g) △H=-90.8 kJ·mol—1　

(1)該反應(yīng)熵變△S________0(填“＞、＝或＜”)，該反應(yīng)在______(填“高溫”或“低溫”)條件下能自發(fā)進(jìn)行。

(2)生產(chǎn)過程中，合成氣要循環(huán)，其目的是：________________________________。

(3)T℃下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為160。某時刻測得各組分的濃度如下，比較此時正、逆反應(yīng)速率的大�。害�(正)________υ(逆)(填“＞”“＜”或“＝”)

物質(zhì)	H2	CO	CH3OH
濃度/(mol·L—1)	0.20	0.10	0.40

(4)在恒溫恒容條件下，充入一定量的H2和CO，發(fā)生上述反應(yīng)，則該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志有（__________________）

A.混合氣體的密度保持不變 B.混合氣體的總壓強(qiáng)保持不變

C.甲醇的濃度保持不變 D.υ正(H2)= υ逆(CH3OH)

(5)在恒溫恒容條件下，要提高反應(yīng)2H2(g)+ CO(g) CH3OH(g)中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.增加H2的濃度 E.充入惰性氣體 F.分離出甲醇

Ⅱ、合成甲醇的另一反應(yīng)為：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H＝－akJ·mol－1(a＞0)。

在一定溫度下的2L固定容積的密閉容器中，通入2 molCO2和3mol H2，發(fā)生上述反應(yīng)，測得CO2(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。

(6)下列措施中能使n(CH3OH )/n(CO2 )增大的是______(填編號)。

A.升高溫度

B.恒溫恒容下充入He(g)

C.將H2O(g)從體系中分離

D.恒溫恒容再充入2 mol CO2和3 mol H2

(7)經(jīng)計算該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.20 L2·mol—2。若改變條件_________(填選項)，可使K＝1。

A.增大壓強(qiáng) B.增大反應(yīng)物濃度 C.降低溫度

D.升高溫度 E.加入催化劑

(8)10min內(nèi)，用H2表示的該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率為=_________mol·L—1·min—1

Answer 1

【答案】< 低溫 提高原料利用率 ＞ BC DF CD C 0.075

【解析】

Ⅰ、(1)根據(jù)反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化分析熵變；根據(jù)△H-T△S<0分析；(2)生產(chǎn)過程中合成氣循環(huán)使用可以提高原料利用率。(3)根據(jù)Q、K的關(guān)系判斷。(4)根據(jù)平衡標(biāo)志分析；(5)根據(jù)影響平衡移動的因素分析；Ⅱ、(6)要使n(CH3OH )/n(CO2 )增大，平衡需正向移動；(7)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度改變，平衡常數(shù)改變。(8)根據(jù)計算速率。

Ⅰ、(1)反應(yīng)后氣體物質(zhì)的量減少，所以△S<0；該反應(yīng)△H<0、△S<0，所以該反應(yīng)在低溫條件下能自發(fā)進(jìn)行。(2)生產(chǎn)過程中，合成氣要循環(huán)，其目的是提高原料利用率；(3)100<K，所以反應(yīng)正向進(jìn)行，υ(正)>υ(逆) ；(4) A．氣體總質(zhì)量不變，容器體積不變，所以密度是恒量，混合氣體的密度保持不變，不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故不選A； B．混合氣體物質(zhì)的量是變量，容器體積不變，所以混合氣體壓強(qiáng)是變量，若混合氣體的總壓強(qiáng)保持不變，一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故選B； C．根據(jù)平衡定義，若甲醇的濃度保持不變，一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故選C； D．正逆反應(yīng)速率比等于系數(shù)比時，一定平衡，若υ正(H2)= υ逆(CH3OH)，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故不選D 。(5) A．正反應(yīng)放熱，升溫，平衡逆向移動，CO的轉(zhuǎn)化率減小，故不選A； B．加入催化劑，平衡不移動，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故不選B； C．增加CO的濃度，平衡正向移動，但CO的轉(zhuǎn)化率減小，故不選C； D．增加H2的濃度，平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故選D； E．恒容條件下，充入惰性氣體，平衡不移動，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故不選E；F．分離出甲醇，平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故選F；

Ⅱ、(6)A、CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ，正反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡逆向移動，n(CH3OH )/n(CO2 )減小，故不選A；B．恒溫恒容下充入He(g)，各物質(zhì)的濃度都不變，平衡不移動，n(CH3OH )/n(CO2 )不變，故不選B； C．將H2O(g)從體系中分離，平衡正向移動，n(CH3OH )/n(CO2 )增大，故選C； D．恒溫恒容再充入2 mol CO2和3 mol H2，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，n(CH3OH )/n(CO2 )增大，故選D。(7)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度改變，平衡常數(shù)改變，正反應(yīng)放熱，降低溫度，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，所以降低溫度可使平衡常數(shù)由0.20 變?yōu)?/span>1，選C。(8)根據(jù)圖示CO2的濃度變化量為0.25 mol·L-1，所以氫氣的濃度變化量為0.75 mol·L-1， 0.075 mol·L-1·min-1。