Question

煤气化和液化是现代能源工业中重点考虑的能源综合利用方案。最常见的气化方法为用煤生产水煤气，而当前比较流行的液化方法为用煤生产CH₃OH。

（1）已知：CO₂(g)＋3H₂(g)=CH₃OH(g)＋H₂O(g)　ΔH₁

2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g)　ΔH₂

2H₂(g)＋O₂(g)=2H₂O(g)　ΔH₃

则反应CO(g)＋2H₂(g)=CH₃OH(g)的ΔH＝______。

（2）如图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。

①T₁和T₂温度下的平衡常数大小关系是K₁________K₂(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②由CO合成甲醇时，CO在250 ℃、300 ℃、350 ℃下达到平衡时转化率与压强的关系曲线如下图所示，则曲线c所表示的温度为________ ℃。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×10⁴ kPa左右，选择此压强的理由是____________。

③以下有关该反应的说法正确的是________(填序号)。

A．恒温、恒容条件下，若容器内的压强不发生变化，则可逆反应达到平衡

B．一定条件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时，可逆反应达到平衡

C．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH₃OH的产率

D．某温度下，将2 mol CO和6 mol H₂充入2 L密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)＝0.2 mol·L^－1，则CO的转化率为80%

（3）一定温度下，向2 L固定体积的密闭容器中加入1 mol CH₃OH(g)，发生反应：CH₃OH(g)CO(g)＋2H₂(g)，H₂的物质的量随时间变化的曲线如图所示。

0～2 min内的平均反应速率v(CH₃OH)＝__________。该温度下，反应CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)的平衡常数K＝__________。相同温度下，若开始时加入CH₃OH(g)的物质的量是原来的2倍，则__________(填序号)是原来的2倍。

A．平衡常数  B．CH₃OH的平衡浓度

C．达到平衡的时间  D．平衡时气体的密度

Answer

（1）ΔH1＋ΔH2－ΔH3

（2）①＞ ②350 1.3×104 kPa下CO的转化率已经很高，如果增大压强，CO的转化率提高不大，而生产成本增加很多，得不偿失 ③AD

（3）0.125 mol·L－1·min－1 4 D

【解析】（1）根据盖斯定律可得，ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。（2）①由图可知，T2＞T1，温度升高CO的转化率降低，说明正反应为放热反应，温度升高时K降低，所以K1＞K2。②曲线c的转化率最低，则其对应的温度最高，所以曲线c所表示的温度为350 ℃。1.3×104 kPa下CO的转化率已经很高，如果增大压强，CO的转化率提高不大，而生产成本增加很多，得不偿失。③A项，由于CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)为反应前后气体体积不相等的反应，所以当其达到平衡时，体系的压强才保持不变，对；B项，H2与CO均为反应物，在未达到平衡时H2的消耗速率也是CO的消耗速率的2倍，错；C项，使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间，但不能提高CH3OH的产率，错；D项，CO起始浓度为1 mol·L－1，平衡后为0.2 mol·L－1，则转化0.8 mol·L－1，转化率为80%，对。（3）0～2 min内n(H2)的改变量为1.0 mol，浓度的变化量为0.5 mol·L－1，则v(H2)＝0.25 mol·L－1·min－1，v(CH3OH)＝0.125 mol·L－1·min－1；各物质的平衡浓度分别为c(H2)＝0.5 mol·L－1，c(CO)＝0.25 mol·L－1，c(CH3OH)＝0.25 mol·L－1，则反应CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g)的K1＝＝＝0.52＝0.25，而反应CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)的平衡常数K＝1/K1＝1/0.25＝4。