Question

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） 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＝___________________。

（2）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

（3）工业可采用CO与H₂反应合成再生能源甲醇，反应如下:

CO（g）+ 2H₂（g）CH₃OH（g）在一容积可变的密闭容器中充有10molCO和20molH₂，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（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（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）△H1－3△H2－2△H3；（2）CE；

（3）①放热；②KA=KB>KC；③2；④；⑤在1.3×104kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失。

【解析】

试题分析：（1）①2CO（g）＋4H2（g）CH3CH2OH（g）＋H2O，②H2O（l）=== H2O（g），③2CO2（g）＋6H2（g） CH3CH2OH（g）＋3H2O（l），①－3×②－2×③，得出：2CO2（g）＋6H2（g） CH3CH2OH（g）＋3H2O（l） ΔH=△H1－3△H2－2△H3；（2）A、用不同物质的反应速率表示达到平衡，要求反应反应方向一正一逆，且反应速率之比等于化学计量数之比，题目中没有指明反应的方向，不能表示达到平衡，故错误；B、根据选项A的分析，反应方向都是正反应方向，不能表示达到平衡，故错误；C、反应前后气体系数之和不相等，因此压强不变，说明反应达到平衡，故正确；D、根据密度的定义，组分都是气体，因此气体的质量不变，因为是恒容状态，因此体积不变，密度不变，不能说明反应达到平衡，故错误；E、根据M=m/n，气体质量不变，反应前后气体系数之和不变，n变化，因此当平均相对分子质量不变，说明反应达到平衡，故正确；(3）①根据图1，随着温度的升高，CO的转化率降低，说明反应向逆反应方向进行，根据勒夏特列原理，正反应方向是放热反应；②化学平衡常数只受温度的影响，温度不变，则化学平衡常数不变，因此KA=KB，此反应正反应方向是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，即KB>KC，因此有KA=KB>KC；

③CO（g）+ 2H2（g） CH3OH（g）A点对应

起始： 10 20 0

变化：10×0.5 10×2×0.5 10×0.5

平衡： 5 10 5

此时体积为10L，平衡常数为1，B 点达到平衡，设达到平衡时容器的体积为VL，

CO（g）+ 2H2（g） CH3OH（g）A点对应

起始： 10 20 0

变化：10×0.8 10×2×0.8 10×0.8

平衡： 2 4 8

根据平衡常数的表达式，K=（8/V）/[2/V×(4/V）2]，因为两者平衡常数相等，即K=1，解得V=2L；

④使用催化剂加快反应速率，对化学平衡无影响，因此图像是：

；

⑤根据图像3，在1.3×104kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失。

考点：考查热化学反应方程式的计算、化学平衡状态的判断、化学平衡常数、化学平衡常数的计算等知识。