Question

工业上一般以CO和H₂为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)   △H

（1）该反应的ΔH___0（填“＞”、“＜”或“=”）。

（2）若将等物质的量的CO和H₂混合气体充入恒温恒容密闭容器中进行上述反应，下列事实能说明此反应已达到平衡状态的是___。

A.容器内气体密度保持不变

B.混合气体的平均相对分子质量不变

C.生成CH₃OH的速率与生成H₂的速率相等

D.CO的体积分数保持不变

（3）当按投料比=2，分别在P₁、P₂、P₃压强下，测得不同温度下平衡时CO的平衡转化率如图1。

520K时，投料比=2(总物质的量为3mol)，维持反应过程中压强P₃不变，达到平衡时测得容器体积为0.1L，则平衡常数K=___。

若H₂和CO的物质的量之比为n∶1（维持反应过程中压强P₃不变），相应平衡体系中CH₃OH的物质的量分数为x，请在图2中绘制x随n变化的示意图___。

（4）甲醇合成甲醚的反应为：

Ⅰ.2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)(主反应)

Ⅱ.2CH₃OH(g)C₂H₄(g)+2H₂O(g)(副反应)

反应过程中的能量变化如图3所示。

①在一定温度下，在恒容容器中进行合成甲醚的反应，测得CH₃OCH₃含量随着时间的推移，先增大后减小，请结合碰撞理论说明原因：___。

②在不改变温度的前提下，说出其中一个能增大CH₃OCH₃选择性的措施：___。

Answer

< BD 0.25 反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ的活化能，相同条件下反应Ⅰ的反应速率大于反应Ⅱ速率，故所以一开始CH3OCH3含量显著上升。后随着反应Ⅱ的进行，CH3OH浓度减小，H2O(g)浓度变大，促使反应Ⅰ平衡左移，CH3OCH3含量又有所下降 增大P

【解析】

根据化学反应类型判断反应热的大小；根据平衡时各组分含量不变和正逆反应速率相同判断反应是否达平衡状态；根据平衡转化率计算化学平衡常数；根据碰撞理论分析物质含量变化的原因；根据影响化学平衡的因素确定合适的物质转化条件，据此分析。

(1)一氧化碳和氢气反应生成甲醇的反应是化合反应，大多数的化合反应吸热，故该反应为吸热反应，ΔH < 0；

(2)A选项，该反应为一个恒容的反应，反应过程中气体总质量不变，气体总体积不变，故混合气体的密度恒不变，A错误；

B选项，混合气体的平均相对分子质量等于混合气体的质量除以混合气体的总物质的量，随着反应的不断进行，混合气体的总物质的量不断减小，当反应达平衡时，混合气体的总物质的量不再发生变化，混合气体的平均相对分子质量也不再发生变化，故可以判断反应达平衡状态，B正确；

C选项，甲醇的生成速率与氢气的生成速率相等，但不等于化学计量数的比，故不能判断反应达平衡，C错误；

D选项，随着反应的不断进行，CO的体积分数不断减小，当反应达平衡时，CO的体积分数不再发生变化，故可以判断反应达平衡，D正确；

故选择BD；

(3)520K、P3压强下，CO的转化率为80%，当投料比=2且总物质的量为3mol时，n(H2)=2mol，n(CO)=1mol，则平衡时c(H2)=4mol/L，c(CO)=2mol/L，c(CH3OH)=8mol/L，该温度下的平衡常数K===0.25；达到平衡时CH3OH的物质的量分数为

=0.57，当n值大于或小于2时，甲醇的物质的量分数均减小，故正确的图像为：

(5)①在一定温度下，在恒容容器中进行合成甲醚的反应，测得CH3OCH3含量随着时间的推移，先增大后减小，是因为反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ的活化能，相同条件下反应Ⅰ的反应速率大于反应Ⅱ速率，故所以一开始CH3OCH3含量显著上升。后随着反应Ⅱ的进行，CH3OH浓度减小，H2O(g)浓度变大，促使反应Ⅰ平衡左移，CH3OCH3含量又有所下降；

②在不改变温度的前提下，能够增大CH3OCH3的选择性可以通过增大压强等方法。