Question

【題目】Ⅰ.甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料，工業(yè)上可利用CO或CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如表所示：

化學(xué)反應(yīng)	平衡常數(shù)	溫度℃
		500	800
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)	K1	2.5	0.15
②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)	K2	1.0	2.50
③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)	K3

（1）據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3＝__________（用K1、K2表示）

（2）反應(yīng)③的ΔS__________0（填“＞”、“＜”）；反應(yīng)③的ΔH__________0（填“＞”、“＜”）

（3）500℃時測得反應(yīng)③在某時刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度（mol/L）分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時V正__________V逆（填“＞”、“＝”或“＜”）

Ⅱ.一定條件下，在容積為2L的密閉容器中充入lmolCO與2molH2合成甲醇，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示：

（1）p1__________p2（填“＞”、“＝”或“＜”）。

（2）該反應(yīng)達到平衡時，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的關(guān)系是CO____________H2（填“＞”、“＝”或“＜”）。

（3）若100℃P1時達平衡所用的時間為5min，則從開始到平衡這段時間用H2表示的速率為_______________________。

（4）該甲醇合成反應(yīng)在A點的平衡常數(shù)K＝___________。

Answer 1

【答案】K1×K2 < < > < ＝ 0.15mol/(L.min) 48

【解析】

I.(1)根據(jù)蓋斯定律分析解答；

(2)體系的微觀狀態(tài)數(shù)越多，體系的混亂度越大，熵越大，結(jié)合溫度對平衡的影響分析解答；

(3)依據(jù)某時刻濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進行的方向；

Ⅱ.(1)發(fā)生的反應(yīng)為CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大；

(2)起始時物質(zhì)的量比等于化學(xué)計量數(shù)之比，結(jié)合方程式分析判斷；

(3)100℃p1時達平衡所用的時間為5min，轉(zhuǎn)化的CO為1mol×75%=0.75mol，由反應(yīng)可知消耗氫氣為0.75mol×2=1.5mol，結(jié)合v=計算；

(4)根據(jù)平衡時的物質(zhì)的量分別計算各物質(zhì)的平衡濃度，再結(jié)合平衡常數(shù)K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積計算解答。

Ⅰ.(1)①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ，②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)，根據(jù)蓋斯定律，將①+②得到③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，所以平衡常數(shù)K3=K1×K2，故答案為：K1×K2；

(2)反應(yīng)③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O (g)是氣體體積減小的反應(yīng)，屬于熵減小的反應(yīng)。500°C時，K3=K1×K2=2.5×1.0=2.5，800°C時，K3=K1×K2=2.5×0.15=0.375，溫度升高，平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向移動，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為：＜；＜；

(3)500°C時，K3=K1×K2=2.5×1.0=2.5，在500℃時，測得反應(yīng)③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)在某時刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O (g)的濃度(mol/L)分別為0.8、0.1、0.3、0.15，Qc==0.87＜K=2.5，反應(yīng)正向移動，V正＞V逆，故答案為：＞。

Ⅱ.(1)CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，可知p1＜p2，故答案為：＜；

(2)起始時物質(zhì)的量比等于化學(xué)計量數(shù)之比，CO的轉(zhuǎn)化率與H2的轉(zhuǎn)化率相等，故答案為：=；

(3)100℃p1時達平衡所用的時間為5min，轉(zhuǎn)化的CO為1mol×75%=0.75mol，由反應(yīng)可知消耗氫氣為0.75mol×2=1.5mol，用H2表示的速率為=0.15mol/(L·min)，故答案為：0.15mol/(L·min)；

(4)在A點時CO的平衡濃度為=0.125mol/L，氫氣的平衡濃度為=0.25mol/L，甲醇的平衡濃度為=0.375mol/L，平衡常數(shù)K==48，故答案為：48。