Question

甲醇是重要的化工原料,利用煤化工中生产的CO和H₂可制取甲醇，发生的反应为CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g) △H=-99kJ/mol。

（1）关于该反应的下列说法,错误的是___________。

A.消耗CO和消耗CH₃OH的速率相等时，说明该反应达到平衡状态

B.升高温度,正反应速率减小，逆反应速率增大

C.使用催化剂，可以提高CO的转化率

D.增大压强，该反应的化学平衡常数不变

（2）在某温度时，将1.0mol CO 与2.0 mol H₂充入2 L的空钢瓶中,发生上述反应,在第5 min时达到化学平衡状态，此时甲醇的物质的量分数为10%。甲醇浓度的变化状况如图所示:

①从反应开始到5 min 时，生成甲醇的平均速率为________。

②5 min 时达到平衡，H₂的平衡转化率α=_____%.化学平衡常数K= _______。

③1min 时的v正(CH₃OH)______ 4min 时v逆(CH₃OH ) （填“大于“小于“或“等于”）。

④若将钢瓶换成同容积的绝热钢瓶，重复上述实验，平衡时甲醇的物质的量分数_____0.1(填“>”“<”或“=”)

Answer

B、C 0.025mol/(L·min) 25 0.59 大于 <

【解析】（1）消耗CO和消耗CH3OH的速率相等时，说明反应的正逆反应速率相等，所以反应一定达平衡，选项A正确。升高温度一定是正逆反应速率都加快，所以选项B错误。催化剂不改变平衡态，也就一定不改变转化率，选项C错误。化学反应平衡常数只与温度有关，所以增大压强，平衡常数不变，选项D正确。

（2）根据题目数据计算如下：

CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

起始： 0.5 1 0

反应： X 2X X

平衡： 0.5-X 1-2X X （以上单位为mol/L）

甲醇的物质的量分数为10%，所以 ，X=0.125mol/L。

①甲醇的速率为0.125÷5=0.025 mol/(L·min)。

②由上述计算，反应的氢气为2×0.125=0.25，转化率为0.25÷1=25%。达平衡时CO、H2和CH3OH的物质的量浓度分别为：0.375mol/L、0.75mol/L和0.125mol/L，所以平衡常数K＝0.125/0.375×0.752＝0.59。

③反应达平衡的速率图像如下图：

所以，在达平衡前任意点的正反应速率大于任意点的逆反应速率，即1min时的v正(CH3OH)＞4min 时v逆(CH3OH )。

④若将钢瓶换成同容积的绝热钢瓶，重复上述实验，则反应放出的热量不能散发，会使体系温度上升，正反应放热，温度升高，平衡逆向移动，甲醇体积分数将减小，所以小于0.1。