Question

合成气经压缩升温后进入10m³的甲醇合成塔中，在催化剂的作用下进行甲醇合成，主要反应是：2H₂(g) + CO(g)CH₃OH(g)+181.6kJ。已知：某温度下（设温度为T₁℃）此反应的平衡常数为160。

(1)此温度下，在密闭容器中加入一定量的CO和H₂，反应到某时刻测得各组分的浓度如表：

物质	H2	CO	CH3OH
浓度/（mol/L）	0.2	0.1	0.4

比较此时正、逆反应速率的大小：v_正_______v_逆 （填“>”、“<”或“＝”）；若加入与上述同样多的CO和H₂，在T₂℃条件下反应，10 min后达平衡时c(H₂)＝0.4mol/L，则该时间内反应速率v(CH₃OH)＝_______ mol/(L·min)；

(2)在一定条件的密闭恒容的容器中，下列式子或文字描述能表示上述反应达到化学平衡状态的是_______（选填序号）；

a．2v_逆(CO) = v_正(H₂)                        

b．c(CO): c(H₂):c(CH₃OH) =1:2:1

c．混合气体的平均式量保持不变           

d．混合气体的密度保持不变

(3)上述反应达到平衡后，下列说法正确的是_______（选填序号）；

a．其他条件不变，增大压强，平衡常数K﹤160

b．其他条件不变，温度升高，平衡常数K会减小

c．其他条件不变，若同比例地增加CO和H₂的量平衡不会发生移动

d．其他条件不变，增大甲醇的物质的量，正反应速率也会随之逐渐增大

(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

> 0.03 ac bd Z，温度要求低，反应速率快

【解析】

(1)根据浓度商与K的大小比较判断；先根据表中数据计算H2的起始浓度，然后计算v(H2)，根据速率之比等于化学计量数之比计算；

(2)依据反应特征和平衡标志分析，正逆反应速率相同，各组分含量保持不变分析；
(3)a．其他条件不变，增大压强，平衡常数不变；
b．其他条件不变，温度升高，反应是放热反应，平衡逆向进行，平衡常数K会减小；
c．其他条件不变，若同比例地增加CO和H2的量，相当于增大压强，平衡正向进行；
d．其他条件不变，增大甲醇的物质的量，平衡逆向进行，正逆反应速率也会随之逐渐增大；

(4)根据题给温度和催化剂对反应速率的影响对比分析。

(1)某时刻的Qz===100<160，反应正向进行，v正>v逆；某时刻CH3OH的浓度为0.4mol/L，则H2的起始浓度为0.2mol/L+0.4mol/L×2=1mol/L，在T2℃反应10min时间内v(H2)==0.06mol/(L·min)，则v(CH3OH)= v(H2)=0.03mol/(L·min)，故答案为：>，0.03mol/(L·min)；

(2)2H2(g)+CO(g)⇌CH3OH(g)+181.6kJ，反应是气体体积减小的放热反应；
a. 反应速率之比等于化学方程式计量数之比，2v逆(CO)=v正(H2)，说明一氧化碳正逆反应速率相同，说明反应达到平衡状态，故a正确；
b. c(CO): c(H2):c(CH3OH)=1：2：1，只能说明浓度比等于反应比，和起始量变化量有关，不能说明反应达到平衡，故b错误；
c．反应前后气体物质的量减小，质量不变，混合气体的平均式量保持不变，说明反应达到平衡状态，故c正确；
d．反应前后气体质量和体积不变，混合气体的密度始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故d错误；故答案为：ac；
(3)a．其他条件不变，增大压强，平衡常数不变，故a错误；
b．其他条件不变，温度升高，反应是放热反应，平衡逆向进行，平衡常数K会减小，故b正确；
c．其他条件不变，若同比例地增加CO和H2的量，相当于增大压强，平衡正向进行，故c错误；
d．其他条件不变，增大甲醇的物质的量，增大生成物浓度，平衡逆向进行，正逆反应速率也会随之逐渐增大，故d正确；故答案为：bd；

(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，故答案为：Z，温度要求低，反应速率快。