【題目】合成氣經(jīng)壓縮升溫后進入10m3的甲醇合成塔中,在催化劑的作用下進行甲醇合成,主要反應是:2H2(g) + CO(g)CH3OH(g)+181.6kJ。已知:某溫度下(設溫度為T1℃)此反應的平衡常數(shù)為160。

(1)此溫度下,在密閉容器中加入一定量的COH2,反應到某時刻測得各組分的濃度如表:

物質

H2

CO

CH3OH

濃度/mol/L

0.2

0.1

0.4

比較此時正、逆反應速率的大。v_______v (填“>”、“<”);若加入與上述同樣多的COH2,在T2℃條件下反應,10 min后達平衡時c(H2)0.4mol/L,則該時間內反應速率v(CH3OH)_______ mol/(L·min);

(2)在一定條件的密閉恒容的容器中,下列式子或文字描述能表示上述反應達到化學平衡狀態(tài)的是_______(選填序號);

a2v(CO) = v(H2)

bc(CO): c(H2):c(CH3OH) =1:2:1

c.混合氣體的平均式量保持不變

d.混合氣體的密度保持不變

(3)上述反應達到平衡后,下列說法正確的是_______(選填序號);

a.其他條件不變,增大壓強,平衡常數(shù)K160

b.其他條件不變,溫度升高,平衡常數(shù)K會減小

c.其他條件不變,若同比例地增加COH2的量平衡不會發(fā)生移動

d.其他條件不變,增大甲醇的物質的量,正反應速率也會隨之逐漸增大

(4)尋找合適的催化劑來改善上述合成甲醇的條件一直是研究課題,F(xiàn)分別對X、YZ三種催化劑進行如下實驗(其他條件均相同):

XT1℃時催化效率最高,能使正反應速率加快約3×105倍;

YT2℃時催化效率最高,能使正反應速率加快約3×105倍;

ZT3℃時催化效率最高,能使逆反應速率加快約1×106倍;

已知:T1T2T3,根據(jù)上述信息,你認為在生產(chǎn)中應該選擇的適宜催化劑并簡述理由____。

【答案】> 0.03 ac bd Z,溫度要求低,反應速率快

【解析】

(1)根據(jù)濃度商與K的大小比較判斷;先根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算H2的起始濃度,然后計算v(H2),根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比計算;

(2)依據(jù)反應特征和平衡標志分析,正逆反應速率相同,各組分含量保持不變分析;
(3)a.其他條件不變,增大壓強,平衡常數(shù)不變;
b.其他條件不變,溫度升高,反應是放熱反應,平衡逆向進行,平衡常數(shù)K會減;
c.其他條件不變,若同比例地增加COH2的量,相當于增大壓強,平衡正向進行;
d.其他條件不變,增大甲醇的物質的量,平衡逆向進行,正逆反應速率也會隨之逐漸增大;

(4)根據(jù)題給溫度和催化劑對反應速率的影響對比分析。

(1)某時刻的Qz===100<160,反應正向進行,v>v;某時刻CH3OH的濃度為0.4mol/L,則H2的起始濃度為0.2mol/L+0.4mol/L×2=1mol/L,在T2反應10min時間內v(H2)==0.06mol/(L·min),則v(CH3OH)= v(H2)=0.03mol/(L·min),故答案為:>0.03mol/(L·min);

(2)2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)+181.6kJ,反應是氣體體積減小的放熱反應;
a. 反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比,2v(CO)=v(H2),說明一氧化碳正逆反應速率相同,說明反應達到平衡狀態(tài),故a正確;
b. c(CO): c(H2):c(CH3OH)=121,只能說明濃度比等于反應比,和起始量變化量有關,不能說明反應達到平衡,故b錯誤;
c.反應前后氣體物質的量減小,質量不變,混合氣體的平均式量保持不變,說明反應達到平衡狀態(tài),故c正確;
d.反應前后氣體質量和體積不變,混合氣體的密度始終保持不變,不能說明反應達到平衡狀態(tài),故d錯誤;故答案為:ac;
(3)a.其他條件不變,增大壓強,平衡常數(shù)不變,故a錯誤;
b.其他條件不變,溫度升高,反應是放熱反應,平衡逆向進行,平衡常數(shù)K會減小,故b正確;
c.其他條件不變,若同比例地增加COH2的量,相當于增大壓強,平衡正向進行,故c錯誤;
d.其他條件不變,增大甲醇的物質的量,增大生成物濃度,平衡逆向進行,正逆反應速率也會隨之逐漸增大,故d正確;故答案為:bd;

(4)因為T1T2T3,所以溫度越低平衡常數(shù)越大,反應物轉化率越大,又催化劑同等程度加快反應速率,所以既能在低溫下作用又能加快反應速率的催化劑最好選用Z,故答案為:Z,溫度要求低,反應速率快。

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離子

Mg2+

Al3+

物質

Al(OH)3

開始沉淀pH

8.93

3.56

開始溶解pH

8.04

完全沉淀pH

10.92

4.89

完全溶解pH

12.04

A.B.

C.D.

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