Question

工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇：

CO(g)＋2H₂(g)  CH₃OH(g)+Q

（1）能判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号，下同)________。

A．生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等      B．混合气体的密度不变

C．混合气体的平均相对分子质量不变             D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化

（2）下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K)。

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中数据判断该反应Q________(填“>”、“＝”或“<”)0；

②某温度下，将2 mol CO和6 mol H₂充入2 L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c(CO)＝0.2 mol/L，则CO的转化率为________，此时的温度为________。

（3）要提高CO的转化率，可以采取的措施是________。

a．升温；b．加入催化剂；c．增加CO的浓度；d．加入H₂加压；e．加入惰性气体加压；f．分离出甲醇

（4）寻找合适的催化剂来改善上述合成甲醇的条件一直是研究课题。现分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验（其他条件均相同）：

①X在T₁℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；

②Y在T₂℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；

③Z在T₃℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×10⁶倍；

已知：T₁＞T₂＞T₃，根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂并简述理由：___________________________________________________。

Answer

（1）CD

（2）①>    ②80%；250℃

（3）df （2分）

（4）选Z，温度要求低，反应速率快。（2分）

【解析】

试题分析：（1）A．无论反应是否达到平衡状态，生成CH3OH的速率与消耗CO的速率始终相等，所以不能作为判断平衡状态的依据，错误；B．混合物的质量始终不变，容器的体积不变，所以混合气体的密度始终不变，所以不能作为判断平衡状态的依据，错误；C．反应前后，混合气体的物质的量改变，气体的质量不变，反应达到平衡状态时，混合气体的相对平均分子质量不变，所以能作为判断平衡状态的依据，正确；D．反应达到平衡状态时，CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化，所以能作为判断平衡状态的依据，正确；故选CD；

（2）①升高温度，平衡向吸热方向移动，根据表格知，温度越高，化学平衡常数越小，说明平衡向逆反应方向移动，所以正反应是放热反应，即△H＜0，而放出的热量Q>0；

②平衡时一氧化碳的物质的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，转化率= n(CO)(反应)/ n(CO)(反应开始)×100%=(1−0.4)mol÷2mol×100%=80%

                  CO（g）+2H2（g）≒CH3OH（g）单位为mol/L

反应开始(mol/L)  1       3            0       

反应(mol/L)       0.8     1.6         0.8

平衡(mol/L)       0.2     1.4        0.8

平衡常数K=0.8 / 0.2(1.4)2  =2.04，所以温度是250℃。

（3）a．该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，故错误；b．催化剂对平衡移动无影响，故错误；c．增加CO的浓度，平衡向正反应方向移动，但CO的转化率降低，故错误；d．加入H2加压，平衡向正反应方向移动，一氧化碳的转化率增大，故正确；e．加入惰性气体加压，参加反应的气体压强不变，平衡不移动，故错误；f．分离出甲醇，平衡向正反应方向移动，一氧化碳的转化率增大，故正确；故选df．

（4）因为T1＞T2＞T3，所以温度越低平衡常数越大，反应物转化率越大，又催化剂同等程度加快反应速率，所以既能在低温下作用又能加快反应速率的催化剂最好选用Z。

考点：本题考查的是化学反应原理知识。