Question

【題目】利用工業(yè)廢氣 CO2 或 CO 和 H2 在一定條件下可制備燃料甲醇。

Ⅰ．利用工業(yè)廢氣 CO 合成甲醇，其能量變化示意圖如下：

(1)圖中曲線 a 到曲線 b 的措施是_______。該反應(yīng) ΔS________0(填“>”或“<”)

(2)一定條件下，在 2 L 密閉容器中充入 1 mol CO 和 2 mol H2，10 min 后達到平衡，放出熱量 45.5kJ，則 10 min 內(nèi) H2 的轉(zhuǎn)化率為_____；該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù) K=_____；達到平衡后，再向容器中充入 CO、H2、CH3OH 各 1 mol，則此時 υ正_____υ逆 (填“>”“<”或“=”)

(3)下列措施可以提高甲醇產(chǎn)率的是_____。

a．壓縮容器體積

b．將 CH3OH (g)從體系中分離

c．恒容條件下充入He，使體系總壓強增大

d．恒壓條件下再充入 10mol CO 和 20mol H2

(4)現(xiàn)有容積均為 1L 的 a、b、c 三個密閉容器，向其中分別充入 1molCO 和 2molH2 的混合氣體，控制溫度，進行反應(yīng)，測得相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)系如圖所示。b 中甲醇體積分數(shù)大于 a 中的原因是_______達到平衡時，a、b、c 中 CO 的轉(zhuǎn)化率大小關(guān)系為_______。

Ⅱ．用工業(yè)廢氣中的 CO2制取甲醇和水蒸氣

(5)一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1mol CO2和3mol H2，在不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng) I、反應(yīng)II與反應(yīng)III，相同時間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖所示：

①催化劑效果最佳的反應(yīng)是_____(填“反應(yīng) I”，“反應(yīng) II”，“反應(yīng) III”)。

②b 點υ正_____υ逆(填 “>”， “<”， “=”)。

③若此反應(yīng)在 a 點時已達平衡狀態(tài)，a 點的轉(zhuǎn)化率比 c 點高的原因是_____。

④c點時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝_____。

Answer 1

【答案】加入催化劑 < 50% 4 > ab b 處反應(yīng)溫度高，則反應(yīng)速率快，反應(yīng)相同時間生成的甲醇多，體積分數(shù)大 a>b>c 反應(yīng) I > 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動

【解析】

(1)反應(yīng)路徑發(fā)生了變化，活化能下降，應(yīng)為加入催化劑；反應(yīng)發(fā)生后，氣體物質(zhì)的量減小，熵值減小，所以ΔS<0；

(2)2molH2完全反應(yīng)釋放的熱量是91kJ，現(xiàn)在反應(yīng)達平衡后只釋放了45.5kJ的熱量，所以H2消耗1mol，轉(zhuǎn)化率為50%，化學方程式為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，平衡時三種物質(zhì)CO、H2、CH3OH的濃度分別為0.25mol/L、0.5mol/L、0.25mol/L，平衡常數(shù)K===4；三種物質(zhì)都加入1mol后，Qc===1<K，反應(yīng)正向移動，v正>v逆；

(3)a．壓縮容器體積，平衡正向移動，甲醇產(chǎn)率增大，a符合題意；

b．將CH3OH(g)從體系中分離，平衡正向移動，甲醇產(chǎn)率增大，b符合題意；

c．恒容條件下充入He，各物質(zhì)濃度不變，對平衡無影響，c不合題意；

d．恒壓條件下再充入10molCO和20molH2，達到平衡時，各物質(zhì)濃度不變，甲醇的產(chǎn)率不變，d不合題意；

答案為：ab；

(4)反應(yīng)開始5min后，a中溫度比b中低，反應(yīng)速率比b中慢，生成甲醇的量少，體積分數(shù)小，所以，b中甲醇體積分數(shù)大于a中的原因是b處反應(yīng)溫度高，則反應(yīng)速率快，反應(yīng)相同時間生成的甲醇多，體積分數(shù)大；比較b、c兩點甲醇的體積分數(shù)，可得出△H<0，溫度升高平衡逆向移動，平衡時CO轉(zhuǎn)化率依次減小，所以a>b>c。答案為：b處反應(yīng)溫度高，則反應(yīng)速率快，反應(yīng)相同時間生成的甲醇多，體積分數(shù)大；a>b>c；

(5)①在低溫時，相同溫度、相同時間內(nèi)反應(yīng)I轉(zhuǎn)化率最高，所以催化劑效果最好的是反應(yīng)I；

②b點尚未達到平衡狀態(tài)，從催化劑效果更好的反應(yīng)II和III可知，b點反應(yīng)仍正向進行，所以υ正>υ逆；

③c點溫度更高，比a提前達到平衡狀態(tài)，所以a、c兩點均是平衡點。從a、c點的比較可以看出，溫度升高CO2的轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從而得出原因是：該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動；

④利用三段式，可以建立以下關(guān)系：

K==。