Question

（16分）CO是现代化工生产的基础原料，下列有关问题都和CO的使用有关。

（1）人们利用CO能与金属镍反应，生成四羰基镍，然后将四羰基镍分解从而实现镍的提纯，最后可以得到纯度达99．9%的高纯镍。具体反应为：

该正反应的ΔH       0（选填“＞”或“＝”或“＜”）。

（2）工业上可利用CO生产乙醇:2CO（g）＋4H₂（g）CH₃CH₂OH（g）＋H₂O（g） ΔH1

又已知：H₂O（l）=== H₂O（g） ΔH₂

CO（g）＋H₂O（g） CO₂（g）＋H₂（g） ΔH₃

工业上也可利用CO₂（g）与H₂（g）为原料合成乙醇：

2CO₂（g）＋6H₂（g） CH₃CH₂OH（g）＋3H₂O（l） ΔH

则：ΔH与ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃之间的关系是：ΔH＝_______________________。

（3）一定条件下，H₂、CO在体积固定的密闭容器中发生如下反应：

4H₂（g）+2CO（g）CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），

下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据的有___          。

A．2v（H₂）= v（CO） 

B．CO的消耗速率等于CH₃OCH₃的生成速率

C．容器内的压强保持不变 

D．混合气体的密度保持不变

E．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化

（4）工业可采用CO与H2反应合成再生能源甲醇，反应:CO（g）+ 2H₂（g） CH₃OH（g）

在一容积可变的密闭容器中充有10molCO和20mol H₂，在催化剂作用下发生反应生成甲醇。CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（p）的关系如（图28题-1）所示。

①合成甲醇的反应为__         __（填“放热”或“吸热”）反应。

②A、B、C三点的平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系为___       。

③若达到平衡状态A时，容器的体积为10L，则在平衡状态B时容器的体积为__    __L。

④（题28-图2）中虚线为该反应在使用催化剂条件下关于起始氢气与CO投料比和CO平衡转化率的关系图．当其条件完全相同时，用实线画出不使用催化剂情况下CO平衡转化率的示意图．

⑤CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（p）的关系如（题28 -图3）所示，实际生产时条件控制在250 ℃、1．3×10⁴ kPa左右，选择此压强的理由是________。

Answer

（1）<；（2）ΔH1 -3ΔH2-2ΔH3 （3）CE；

（4）①放热 ②KA=KB>KC ③ 2 ④

⑤在1.3×104Pa下，CO的转化率已较高，再增大压强，CO的转化率提高不大，生产成本增加，得不偿失。

【解析】

试题分析：（1）根据反应条件可知，温度低利于正反应的进行，温度高利于逆反应的进行，所以该反应的正反应是放热反应，ΔH<0；

（2）根据盖斯定律，将已知热化学方程式中含有的CO(g)、H2O（g）利用盖斯定律消去可得到2CO2（g）＋6H2（g）CH3CH2OH（g）＋3H2O（l），则ΔH=ΔH1 -3ΔH2-2ΔH3；

（3）A、未指明正逆反应的方向，且氢气的速率应是CO速率的2倍，不能判断为平衡状态，错误；B、CO的消耗速率等于CH3OCH3的生成速率，都是正反应速率，但不符合化学计量数之比，不能判断为平衡状态，错误；C、容器的体积固定，该反应是气体的物质的量改变的可逆反应，所以当压强一定时，即为平衡状态，正确；D、容器的体积不变，混合气体的质量不变，所以混合气体的密度始终不变，不能判断为平衡状态，错误；E、混合气体的质量不变，但混合气体的物质的量发生改变，所以气体的平均相对分子质量发生变化，当气体的平均相对分子质量不变时，为平衡状态，正确，答案选CE；

（4）①温度升高，CO的转化率降低，说明温度升高，平衡逆向移动，逆向为吸热方向，所以合成甲醇是放热反应；

②平衡常数与温度有关，反应放热，则升高温度，平衡常数减小，A与B的温度相同，C的温度高于A、B，所以C的平衡常数较小，所以三者的关系是KA=KB>KC；

③达到平衡状态A时，容器的体积为10L，状态A与B的平衡常数相同，则A状态时CO的转化率是0.5，则平衡时CO的物质的量是10mol×(1-0.5)=5mol，浓度是0.5mol/L，氢气的物质的量是其2倍，为1mol/L，生成甲醇的物质的量是5mol，浓度是0.5mol/L，所以平衡常数K=1；设B状态时容器的体积是VL，B状态时CO的转化率是0.8，则平衡时，CO的物质的量是10mol×(1-0.8)=2mol，浓度为2/Vmol/L，氢气的物质的量是4/Vmol/L，生成甲醇的物质的量是8mol，浓度是8/V/mol/L，K=8/V/[2/V×(4/V)2]=1，解得V=2；

④使用催化剂可加快反应速率，缩短到达平衡的时间，但平衡状态不会改变，所以不使用催化剂到达平衡的时间加长，相同投料比时CO的转化率平衡时CO的转化率不变，但CO的转化率变化的程度较慢，图像见答案；

⑤从图3中可看出温度越低、压强越大CO的转化率越高，当在1.3×104Pa下，CO的转化率已较高，再增大压强，CO的转化率提高不大，生产成本增加，得不偿失。

考点：考查化学平衡状态的判断，盖斯定律的应用，对图像的分析判断