Question

【題目】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的“甲醇制取低碳烯經(jīng)(技術(shù)”獲得國家科學(xué)技術(shù)發(fā)明一等獎，該技術(shù)先由煤氣化制合成氣再由合成氣制甲醇和氨氣，最后由甲醇制乙烯和丙烯。

(1)煤氣化包含一系列化學(xué)反應(yīng)，已知熱化學(xué)方程式：

則反應(yīng) _____

(2)以投料比合成甲醇：，溫度、壓強(qiáng)與的平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如圖所示

回答下列問題：

①_____(填＞”或“＜)0

②______(填“＞“或“＜”)

③，時，點(diǎn)的_____(填>”或＂<＂)。

④若起始時提高投料比的平衡轉(zhuǎn)化率將_______(填”増大”或“減小”)。

⑤參照下表，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中大多采用和，其優(yōu)點(diǎn)是____________。

span>方法	催化劑	條件		備注	特點(diǎn)
		壓力	溫度
高壓法	二元催化劑	25~30	380~400	1924年工業(yè)化	(1)催化劑不易中毒，再生困難 (2)副反應(yīng)多
低壓法	三元催化劑	5	230~270	1966年工業(yè)化	(1)催化劑易中毒，再生容易，壽命為1~2年 (2)副反應(yīng)少

(3)和生成的反應(yīng)為 ，在催化劑作用下的反應(yīng)歷程如下(表示吸附態(tài))

化學(xué)吸附：；

表面反應(yīng)；，

脫附：

其中，的吸附分解反應(yīng)活化能高，速率慢，決定了合成氨的整體反應(yīng)速率.

①有利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件有______(填字母)

A 低溫 B 高溫 C 低壓 D 高壓 E 催化劑

②標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)＝，其中為標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)()，、和為各組分的平衡分壓，如，為平衡總壓，為平衡系統(tǒng)中的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù).已知起始時向一密閉容器中投入 和 ，反應(yīng) ＋ 在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)下進(jìn)行，的平衡產(chǎn)率為，則該反應(yīng)的＝________(用含的代數(shù)式表示)。下圖中可以表示標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)隨溫度的變化趨勢的是____________(填字母)

Answer 1

【答案】-41 < < < 增大 低壓法所需的動力設(shè)備要求低，耗能也低，副反應(yīng)少，催化劑易再生 【或】

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)熱；

(2)①分析圖象可知，一氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，說明平衡逆向進(jìn)行，分析反應(yīng)能量變化；
②增大壓強(qiáng)，平衡向著氣體體積減小的方向移動；
③M點(diǎn)時CO的轉(zhuǎn)化率大于平衡時的轉(zhuǎn)化率，平衡逆向移動；

④增大氫氣的濃度，平衡正向移動；

⑤由表可知其優(yōu)點(diǎn)是：1、壓強(qiáng)低，對設(shè)備要求不高；2、反應(yīng)溫度低，節(jié)省能源；3、催化劑再生容易，副反應(yīng)少。

（3）①由合成氨的熱化學(xué)方程式可知，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且氨氣生成的方向?yàn)轶w積減小的方向，據(jù)此選擇反應(yīng)條件；

②列出三段式，求出平衡時N2、H2、NH3平衡時的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，代入公式計算；=，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，逐漸減小，據(jù)此分析判斷。

(1)已知：①

②

根據(jù)蓋斯定律：①②得反應(yīng) 的 ，

因此，本題正確答案是：-41；

（2）①由圖象可知，一氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故△H＜0；
②CO（g）+2H2（g）CH3OH（g），增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故P1＜P2，
故答案為：＜，＜；
③M點(diǎn)時CO的轉(zhuǎn)化率大于平衡時的轉(zhuǎn)化率，平衡逆向移動，<；
故答案為：<；

④提高起始時的投料比，相當(dāng)于增大氫氣的濃度，平衡正向移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率將增大，
故答案為：增大；

⑤由表可知其優(yōu)點(diǎn)是：1、壓強(qiáng)低，對設(shè)備要求不高；2、反應(yīng)溫度低，節(jié)省能源；3、催化劑再生容易，副反應(yīng)少；
故答案為：低壓法所需的動力設(shè)備要求低，耗能也低，副反應(yīng)少，催化劑易再生。

（3）①由合成氨的熱化學(xué)方程式可知，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且氨氣生成的方向?yàn)轶w積減小的方向，

A項(xiàng)，降低溫度，平衡正向移動，則低溫有利于提高合成氨平衡產(chǎn)率，故選A項(xiàng)；

B項(xiàng)，升高溫度，平衡逆向移動，則高溫不利于提高合成氨平衡產(chǎn)率，故不選B項(xiàng)；

C項(xiàng)，降低壓強(qiáng)，平衡逆向移動，則低壓不利于提高合成氨平衡產(chǎn)率，故不選C項(xiàng)；

D項(xiàng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，則高壓有利于提高合成氨平衡產(chǎn)率，故選D項(xiàng)；

E項(xiàng)，催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能改變化學(xué)平衡的狀態(tài)，則催化劑不能提高合成氨平衡產(chǎn)率，故不選E項(xiàng)。

綜上所述，本題正確答案為AD。

②N2和H2起始物質(zhì)的量分別為 和 ，反應(yīng)在恒定溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)下進(jìn)行，NH3的平衡產(chǎn)率為，則：

＋

起始量（mol） 0

轉(zhuǎn)化量（mol） a

平衡量（mol） a 平衡時總物質(zhì)的量為（2-）a mol

則=， = ，=，

則＝=；

=，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，逐漸減小，故隨著溫度的升高，逐漸減小，減小的程度不是均勻的，故選D項(xiàng)。

故答案為：；D。