Question

（1）煤气化制合成气(CO和H₂)

已知：C(s)＋H₂O(g)===CO(g)＋H₂(g)ΔH₂＝131.3kJ·mol⁻¹

C(s)＋2H₂O(g)===CO₂(g)＋2H₂(g)ΔH₂＝90kJ·mol⁻¹

则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是_____

（2）由合成气制甲醇

合成气CO和H₂在一定条件下能发生反应：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)ΔH＜0。

①在容积均为VL的甲、乙、丙、丁四个密闭容器中分别充入amolCO和2amolH₂，四个容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃、T₄且恒定不变。在其他条件相同的情况下，实验测得反应进行到tmin时H₂的体积分数如图所示，则T₃温度下的化学平衡常数为_____(用a、V表示)

②图反映的是在T₃温度下，反应进行tmin后甲醇的体积分数与反应物初始投料比的关系，请画出T₄温度下的变化趋势曲线。______________

③在实际工业生产中，为测定恒温恒压条件下反应是否达到平衡状态，可作为判断依据的是_____

A．容器内气体密度保持不变    B．CO 的体积分数保持不变

C．气体的平均相对分子质量保持不变    D．c(H₂)=2c(CH₃OH)

（3）由甲醇制烯烃

主反应：2CH₃OHC₂H₄＋2H₂O    i；

3CH₃OHC₃H₆＋3H₂O    ii

副反应：2CH₃OHCH₃OCH₃＋H₂O    iii

某实验室控制反应温度为400℃，在相同的反应体系中分别填装等量的两种催化剂(Cat.1和Cat.2)，以恒定的流速通入CH₃OH，在相同的压强下进行甲醇制烯烃的对比研究，得到如下实验数据(选择性：转化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比)

由图像可知，使用Cat.2反应2h后甲醇的转化率与乙烯和丙烯的选择性均明显下降，可能的原因是（结合碰撞理论解释）_____

Answer

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.3 kJ·mol-1 539V2/27a2 ABC 该条件下2h后催化剂失活，甲醇转化率较低；Cat.2显著降低反应iii的活化能，提高活化分子百分数，相同时间内快速生成副产物二甲醚，目标产物选择性下降

【解析】

⑴根据盖斯定律得到一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式。

⑵①根据三段式计算平衡时各物质的量，再计算平衡常数；

②该反应是放热反应，根据图得出反应在tmin时，T2温度H2的体积分数最低，T3、T4温度高，H2的体积分数高，说明平衡逆向移动，根据图得出T4温度甲醇的变化趋势曲线；

③A．恒温恒压条件，容器内气体密度等于气体质量除以容器体积，气体质量不变，容器体积减小，密度增大，因此可作为判断平衡的标志；

B．开始阶段CO的体积分数不断减小，当体积分数不变，则可作为判断平衡的标志；

C．气体的平均相对分子质量等于气体质量除以气体的物质的量，气体质量不变，气体的物质的量减小，气体的平均相对分子质量增大，当保持不变可作为判断平衡的标志；

D．c(H2) = 2c(CH3OH)，不能用浓度比例来判断平衡的标志。

⑶由图像可知，使用Cat.2反应2h后甲醇的转化率与乙烯和丙烯的选择性均明显下降，可能的原因是，根据第一个图得出该条件下2h后催化剂失活，甲醇转化率较低，第二个图得出Cat.2显著降低反应iii的活化能，提高活化分子百分数，相同时间内快速生成副产物二甲醚，生成乙烯、丙烯目标产物选择性下降。

⑴将第2个方程式减去第1个方程式，得到一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是CO(g)+H2O=CO2(g)+H2(g) ΔH=−41.3 kJ·mol−1

⑵①

，解得，则，故答案为：。

②该反应是放热反应，根据图得出反应在tmin时，T2温度H2的体积分数最低，T3、T4温度高，H2的体积分数高，说明平衡逆向移动，图反映的是在T3温度下，反应进行tmin后甲醇的体积分数与反应物初始投料比的关系，则T4温度甲醇的量比T3温度甲醇的量小，即变化趋势曲线。；故答案为：。

③A．恒温恒压条件，容器内气体密度等于气体质量除以容器体积，气体质量不变，容器体积减小，密度增大，因此可作为判断平衡的标志，故A符合题意；

B．开始阶段CO的体积分数不断减小，当体积分数不变，则可作为判断平衡的标志，故B符合题意；

C．气体的平均相对分子质量等于气体质量除以气体的物质的量，气体质量不变，气体的物质的量减小，气体的平均相对分子质量增大，当保持不变可作为判断平衡的标志，故C符合题意；

D．c(H2) = 2c(CH3OH)，不能用浓度比例来判断平衡的标志，故D不符合题意；

综上所述，答案为：ABC。

⑶由图像可知，使用Cat.2反应2h后甲醇的转化率与乙烯和丙烯的选择性均明显下降，可能的原因是，根据第一个图得出该条件下2h后催化剂失活，甲醇转化率较低，第二个图得出Cat.2显著降低反应iii的活化能，提高活化分子百分数，相同时间内快速生成副产物二甲醚，生成乙烯、丙烯目标产物选择性下降；故答案为：该条件下2h后催化剂失活，甲醇转化率较低；Cat.2显著降低反应iii的活化能，提高活化分子百分数，相同时间内快速生成副产物二甲醚，目标产物选择性下降。