Question

(共10分) 甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上一般采用下列两种反应合成甲醇。反应Ⅰ：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)，△H₁

反应Ⅱ：C0₂(g)+3H₂(g) CH₃0H(g)+ H₂O(g)，△H₂

下表所列数据是反应I在不同温度下的化学平衡常数(K)：

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.O	0.27	0.012

（1）在一定条件下将2 molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中发生反应I，5min后测得c(CO)=0.4 mol／L，计算此段时间的反应速率(用H₂表示)           mol／(L·min)。

（2）由表中数据判断△H₁     0(填“>”、“<”或“=”)反应C0₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂0(g)△H₃=    (用△H₁和△H₂表示)。

（3）若容器容积不变，下列措施可提高反应Ⅰ中CO转化率的是         (选字母)。

a．充入CO，使体系总压强增大   

b．将CH₃OH(g)从体系中分离

e．充入He，使体系总压强增大   

d．使用高效催化剂

（4）写出反应Ⅱ的化学平衡常数表达式：K=         ；保持恒温恒容的条件下将反应Ⅱ的平衡体系各物质浓度均增加一倍，则化学平衡         (填“正向”、“逆向”或“不”)移动，平衡常数K            (填“变大”、“变小”或“不变”)。

（5）这两种合成甲醇的方法比较，原子利用率较高的是      (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。

Answer

21.（1） 0.24 （2） ＜ , △H2 - △H1 （3） b

（4） C（CH3 OH）C（H2 O）/ C（C O2）C3（H2）, 正向 ；不变 （5） Ⅰ

【解析】

试题分析：（1）CO浓度变化量为2/2mol/L -0.4mol/L=0.6mol/L，v（CO）=0.6/5=0.12mol/（L•min），速率之比等于化学计量数之比，=v（H2）=2v（CO）=2×0.12mol/（L•min）=0.24mol/（L•min）;

（2）由表中数据可知，随温度升高，平衡常数K减小，说明温度升高，平衡逆向进行，所以正向是放热反应，即△H1 < 0；根据盖斯定律，C02(g)+H2(g) CO(g)+H20(g)△H3=△H2 - △H1；

（3）a．充入CO，使体系总压强增大，平衡向正反应移动，但CO的转化率降低，a错误；b．将CH3OH（g）从体系中分离，平衡向正反应方向移动，CO转化率增大，b正确；c．充入He，使体系总压强增大，各物质的浓度不变，平衡不移动，CO转化率不变，c错误；d．使用高效催化剂，不能改变平衡，d错误；选b；（4）（4）反应Ⅱ：CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）的平衡常数k=；保持恒温恒容的条件下将反应Ⅱ的平衡体系各物质浓度均增加一倍，根据等效平衡理论，相当于增大压强，则化学平衡正向移动，因为温度不变，平衡常数K也不变；（5）这两种合成甲醇的方法比较，原子利用率较高的是Ⅰ（为100%）。

考点：考查化学反应速率的计算，化学平衡常数，影响平衡的因素，平衡转化率等知识。