Question

煤的气化和液化是现代能源工业中重点考虑的综合利用技术。最常见的气化方法是用煤作原料生产水煤气，而比较流行的液化方法是煤在催化剂等条件下生产CH₃OH。

已知制备甲醇的有关化学反应如下：

①CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-90.8 kJ•mol^-1

②CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g）△H₂=-412 kJ•mol^-1

③CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H₃

I．回答下列问题：

（1）欲提高甲醇的产率，可以采取的措施有______（填字母序号）。

A．升高温度

B．增大压强

C．降低温度

D．降低压强

（2）提高甲醇反应选择性的关键因素是______。

（3）保持温度和容积不变，下列描述能说明反应③达到平衡状态的是______（填字母序号）。

A．v（CO）：v（H₂）：v（CH₃OH）=1：2：1

B．混合气体的压强不再随时间的变化而变化

C．单位时间内断裂2 mol H-H键，同时生成3mol C-H键

D．一段时间内的平均反应速率等于0

E．混合气体的平均摩尔质量保持不变

Ⅱ．在一密闭容器中投入1mol CO和2molH₂发生反应③，实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强变化关系如图1所示：

（1）压强P₁______P₂（填“＞”、“＜“或”=”）。

（2）M、N两点的化学反应速率：v_M______v_N（填“＞”、“＜“或“=”）

（3）对于气相反应，用某组分B的平衡压强P（B）代替物质的量浓度c（B）也可表示平衡常数（K_p），则M点时，平衡常数K_p=______（P₁=5 MPa）。

（4）甲、乙两个恒容密闭容器的体积相同，向甲中加入 1molCO和 2mol H₂，向乙中加入2mol CO和4molH₂，测得不同温度下CO的平衡转化率如图2所示，则L、M两点容器内压强：P（M）______2P（L），平衡常数：K（M）______K（L）（填“＞”、“＞”或“=”）。

Answer

BC 合适的催化剂 BDE > > > <

【解析】

I.(1)首先根据盖斯定律，写出CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)的热化学反应方程式，然后根据勒夏特列原理进行分析；

(2)提高甲醇反应选择性的关键因素是合适的催化剂；

(3)根据化学平衡状态的定义进行分析；

II.(1)作等温线，增大压强，平衡向正反应方向进行，CH3OH的物质的量增大，据此分析；

(2)利用压强对反应速率的影响进行分析；

(3)利用“三段式”法进行计算；

(4)平衡常数只受温度的影响，正反应为放热反应，温度越高，化学平衡常数越小；

I.(1)根据目标反应方程式，以及盖斯定律，①＋②得出△H3=(－90.8kJ·mol－1－412kJ·mol－1)=－502.8kJ·mol－1，

A.该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，甲醇的产率降低，故A不符合题意；

B.根据反应方程式，增大压强，平衡向正反应方向进行，甲醇物质的量增大，即产率增大，故B符合题意；

C.该反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向进行，甲醇物质的量增大，即产率增大，故C符合题意；

D.降低压强，平衡向逆反应方向进行，甲醇物质的量减少，产率降低，故D不符合题意；

故答案选BC；

(2)提高甲醇反应选择性的关键因素是选择合适的催化剂；

(3) A.没有指明反应的方向，因此无法判断是否达到平衡，故A不符合题意；

B.恒温恒容下，反应前后气体系数之和不相等，因此当压强不再改变，说明反应达到平衡，故B符合题意；

C.断裂H-H键和生成C－H键，反应都是向正反应方向进行，因此单位时间内断裂2molH－H键，同时生成3molC－H键，不能说明反应达到平衡，故C不符合题意；

D.当达到平衡时，同种物质消耗量和生成量相等，即一段时间内的平均反应速率等于0，故D符合题意；

E.根据，组分都是气体，所以气体质量不变，反应前后气体系数之和不相等，因此当平均摩尔质量不变时，说明反应达到平衡，故E符合题意；

故答案选BDE；

II.(1)根据反应方程式，增大压强，平衡向正反应方向移动，CH3OH物质的量增多，根据图像，作等温线，P1对应甲醇的物质的量大于P2时的，因此P1>P2；

(2)M、N两点温度相等，M点的压强大于N点压强，压强越大，反应速率越快，v（M）>v(N)；

(3)利用“三段式”进行分析，M点CH3OH物质的量为0.25mol，因此有平衡常数Kp==；

(4)M点和L点，CO的转化率相同，因为体积相同，且乙中气体是甲中气体的2倍，则相同温度是P(M)=2P(L)，M点温度高，因此P(M)>2P(L)；平衡常数只与温度有关，该反应为放热反应，温度越高反应进行的限度越小，平衡常数越小，因此K(M)