甲醇(CH3OH)是一種重要的化工原料,合成甲醇的主要反應為CO(g)+2H2(g)??CH3OH(g),反應過程中的能量變化如圖1所示.
(1)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H
 
0(填“<”、“=”或“>”).
(2)在一定條件下,上述反應在一密閉容器中達到平衡.該反應平衡常數(shù)的表達式為
 
;結(jié)合該表達式分析,在保證H2濃度不變的情況下,增大容器的壓強,平衡
 
(填字母).
A.向正反應方向移動
B.向逆反應方向移動
C.不移動
(3)如圖2表示該反應在某一時間段中反應速率與時間的關(guān)系(t2、t4、t5時刻改變的條件都只有一個,且各不相同).各階段對應的平衡常數(shù)如表所示:
t1~t2 t3~t4 t4~t5 t6~t7
K1 K2 K3 K4
請判斷各平衡常數(shù)之間的大小關(guān)系為
 
(用“>”、“<”或“=”連接).
(4)原料氣的加工過程中常�;煊幸欢緾O2,為了研究不同溫度下CO2對該反應的影響,以CO2、CO和H2的混合氣體為原料在一定條件下進行實驗,結(jié)果表明,原料氣各組分含量不同時,反應生成甲醇和副產(chǎn)物甲烷的碳轉(zhuǎn)化率都是不相同的.實驗數(shù)據(jù)見下表:
CO2%∽CO%~H2
(體積分數(shù))
0-30-70 2-28-70 4-26-70 8-22-70 20-10-70
反應溫度/℃ 225 235 250 225 235 250 225 235 250 225 235 250 225 235 250
碳轉(zhuǎn)化率(%) CHOH 4.9 8.8 11.0 36.5 50.7 68.3 19.0 33.1 56.5 17.7 33.4 54.4 8.0 12.0 22.6
CH 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.8 2.8 2.8
由上表數(shù)據(jù)可得出多個結(jié)論.
結(jié)論一:在一定條件下,反應溫度越高,生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率
 

結(jié)論二:
 

考點:化學平衡的影響因素,反應熱和焓變,化學平衡常數(shù)的含義,化學反應速率與化學平衡圖象的綜合應用
專題:化學反應中的能量變化,化學平衡專題
分析:(1)由題圖可知,生成物的能量低于反應物,所以反應為放熱反應.
(2)在一密閉容器中,在保證H2濃度不變的情況下,增大容器的壓強,因為H2濃度不變,根據(jù)表達式知體系內(nèi)其他組分濃度也不變,正逆反應速率也不會變化,故平衡不移動.
(3)分析圖象:t2時刻改變條件后,v、v都增大,且v>v,平衡逆向移動(向吸熱方向移動),綜合影響化學反應速率和化學平衡的主要因素可知:t2時刻所改變的條件是升高溫度,由平衡常數(shù)的表達式可知,平衡逆向移動,平衡常數(shù)變小,故K1>K2;t4時刻改變條件,正逆反應速率都增大,但平衡不移動,故t4時刻所改變的條件是使用催化劑,平衡常數(shù)不變,K3=K2;t5時刻改變條件,正逆反應速率都減小,且v>v,平衡逆向移動了,分析知:改變的條件是降低壓強,因平衡常數(shù)是溫度的函數(shù),溫度不變,平衡常數(shù)不變化,故K3=K4,綜合知:K1>K2=K3=K4
(4)由表格分析得出結(jié)論:在一定條件下,反應溫度越高,生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率越高;原料氣含少量CO2有利于提高生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率,CO2含量過高生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率又降低.
解答: 解:(1)由題圖可知,生成物的能量低于反應物,所以反應為放熱反應,即△H<0,
故答案為:<;
(2)該反應的平衡常數(shù)表達式為K=
c(CH3OH)
c(CO)?c2(H2)
;在保證H2濃度不變的情況下,增大容器的壓強,K不變,則體系內(nèi)其他組分濃度也不變,因此化學平衡不移動,
故答案為:K=
c(CH3OH)
c(CO)?c2(H2)
;C;
(3)分析圖象:t2時刻改變條件后,v、v都增大,且v>v,平衡逆向移動(向吸熱方向移動),綜合影響化學反應速率和化學平衡的主要因素可知:t2時刻所改變的條件是升高溫度,由平衡常數(shù)的表達式可知,平衡逆向移動,平衡常數(shù)變小,故K1>K2;t4時刻改變條件,正逆反應速率都增大,但平衡不移動,故t4時刻所改變的條件是使用催化劑,平衡常數(shù)不變,K3=K2;t5時刻改變條件,正逆反應速率都減小,且v>v,平衡逆向移動了,分析知:改變的條件是降低壓強,因平衡常數(shù)是溫度的函數(shù),溫度不變,平衡常數(shù)不變化,故K3=K4,綜合知:K1>K2=K3=K4
故答案為:K1>K2=K3=K4;
(4)由表格中原料氣各組分含量不同時反應生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率的數(shù)據(jù)可知:反應溫度越高,生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率越高;二氧化碳的體積分數(shù)為2%時生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率最高,二氧化碳的體積分數(shù)為20%生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率較低,不含二氧化碳時生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率最低,因此原料氣含少量CO2有利于提高生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率,CO2含量過高生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率又降低,
故答案為:越高;原料氣含少量CO2有利于提高生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率,CO2含量過高生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率又降低.
點評:本題考查了化學平衡常數(shù)表達式的書寫及大小比較和化學平衡的影響因素等知識,對圖片、表格中數(shù)據(jù)的收集、分析、處理能力要求頗高,難度較大,也是解題的關(guān)鍵所在.
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;
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;
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;②
 

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