Question

CO、CO₂是含碳元素的常见气体，也是参与碳循环的重要物质。

(1)利用煤化工中产生的CO和H₂可制取甲醇，反应为CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。实验室中，在1L恒容的密闭容器中进行模拟合成实验。将1molCO和2molH₂通入容器中，分别恒温在300℃和500℃反应，每隔一段时间测得容器内CH₃OH的物质的量(单位：mol)如下表所示：

	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

①300℃和500℃对应的平衡常数大小关系为K_300℃_________K_500℃(填“>”、“=”或“<”)。

②在一定条件下，下列描述中能说明上述反应已达平衡的是_______(填标号)。

A.容器内气体的平均摩尔质量保持不变

B.2v(H₂)_正=v(CH₃OH)_逆

C.容器中气体的压强保持不变

D.单位时间内生成nmolCO的同时生成2nmolH₂

③300℃时，前10min内，该反应的平均反应速率为v(H₂)＝_________mol/(L·min)。

④下列措施能够增大此反应中CO的转化率的是_________(填标号)。

A．充入CO气体B．升高温度

C．使用优质催化剂D．往容器中再充入1molCO和2molH₂

⑤500℃时，保持反应体系的温度不变，60min时再向容器中充入CH₃OH气体和H₂各0.4mol，反应将向____________________(填“正反应方向”、“逆反应方向”或“不”)进行。再次达到平衡时的平衡常数为____________L²/mol²。

(2)二氧化碳催化加氢也可合成甲醇：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)△H。在密闭容器中投入1molCO₂和2.75molH₂，在不同条件下发生反应，实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如下图所示．

①二氧化碳合成甲醇正反应的△H______0(填“>”、“<”或“=”，下同)。

②M、N两点时化学反应速率：v(N)______v(M)。

(3)一定条件下，向容积不变的某密闭容器中加入amolCO₂和bmolH₂发生反应：

CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，欲使整个反应过程中CO₂的体积分数为恒定值，则a与b的大小关系式是_________。

(4)以TiO₂／Cu₂Al₂O₄为催化剂，可以将CO₂和CH₄直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图所示。当乙酸的生成速率主要取决于温度时，其影响范围是_______________________。

Answer

＞ AC 0.08 D 正反应方向 25 ＜ ＜ a=b 300℃～400℃

【解析】

（1）①根据热效应分析平衡常数，若为放热反应，则其平衡常数随着温度的升高而降低，若为吸热反应，则其平衡常数随着温度的升高而增大，据此分析作答。

②反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，可由此进行判断；

③由表可知10 min内，甲醇的浓度变化为0.40 mol/L，根据 = 先计算v(CH3OH)，再利用速率之比等于化学计量数之比计算(H2)；

④根据CO的转化率公式 = 100%，则需使化学平衡向正反应方向移动，或减小CO起始的物质的量，据此分析作答；

⑤500 ℃时，保持反应体系的温度不变，60 min时已达到平衡，CH3OH的物质的量为0.8 mol，体积为1L，则其浓度为0.8 mol/L，则结合反应列出三段式得，

反应 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
起始（mol/L）1   2   0 

转化（mol/L）0.8  1.6   0.8  
平衡（mol/L）0.2 0.4    0.8 

根据K=将数值带入计算K值，当加入新物质后，根据浓度商Qc与K值的关系判断反应进行的方向；温度不变，其K值不变，据此分析作答。

（2）①由图可知，压强一定时，温度越高，CH3OH的物质的量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；
②正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增大，结合图可知，P1>P2，根据压强对反应速率的影响作答；

（3）设转化的二氧化碳的物质的量为x，

则CO2的体积分数为 = ，据此讨论；

（4）根据图示可知，乙酸的生成速率在300℃后逐渐增大，据此分析。

（1）①由表可知反应进行到50 min时，各物质的浓度均保持不变，则反应均达平衡状态，此时300℃和500℃甲醇的平衡浓度分别为0.90 mol/L和0.80 mol/L，说明升高温度，不利于生成甲醇，正反应为放热反应，则K300℃＞ K500℃，

故答案为：＞；

②反应是气体体积减小的放热反应，依据平衡移动原理分析判断

A. 气体的平均摩尔质量 = ；质量是守恒的保持不变，但只要反应向正向移动则气体的总物质的量在减小，则当气体的平均摩尔质量不变了，证明已达到平衡，故A项正确；

B.根据化学反应速率之比等于化学计量数之比可知，v(H2)正 = 2v(CH3OH)逆，才能说明化学反应达到平衡，所以2v(H2)正 = v(CH3OH)逆，不能说明正逆反应速率相等，则不能证明反应达到平衡状态，故B项错误；

C. 反应是前后气体体积变化的反应，容器中气体的压强保持不变，证明达到了平衡，故C项正确；

D. 单位时间内生成n mol CO的同时生成2n mol H2，不能说明正逆反应速率相等，不一定平衡，故D项错误。

故选AC；

③由表可知10 min内，甲醇的浓度变化为0.40mol/L，所以v（CH3OH）= = =0.04 mol/（L•min），根据速率之比等于化学计量数之比，则所以v（H2）= 2 v（CH3OH）=2×0.04 mol/（L•min）= 0.08 mol/（L•min）．
故答案为：0.08 mol/（L•min）；

④A. 充入CO气体，平衡虽然向正反应方向移动，但起始CO的物质的量增多，最终导致其转化率减小，故A项错误；

B. 因反应为放热反应，则升高温度，平衡向逆反应方向移动，CO的转化率减小，故B项错误；

C. 使用合适的催化剂，化学平衡不移动，CO的转化率不变，故C项错误；

D. 往容器中再充入1 mol CO和2 mol H2，相当于给反应体系加压，因反应为气体体积分数减小的方向，所以增大压强，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故D项正确；

答案选D；

⑤500 ℃时，保持反应体系的温度不变，60 min时已达到平衡，CH3OH的物质的量为0.8 mol，体积为1L，则其浓度为0.8 mol/L，则结合反应列出三段式得，

反应 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
起始（mol/L）1   2   0 

转化（mol/L）0.8  1.6   0.8  
平衡（mol/L）0.2 0.4    0.8 

K= = = 25 L2/mol2，再向容器中充入CH3OH气体和H2各0.4 mol后，c(CH3OH) = 1.2 mol/L，c(H2) = 1.8 mol/L，c(CO) = 0.2 mol/L，其浓度商Qc = = L2/mol2K，故反应向正反应方向移动，温度不变，再次达到平衡其K值不变，为25 L2/mol2，

故答案为：正反应方向；25；

（2）①由图可知，压强一定时，温度越高，CH3OH的物质的量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，△H<0，

故答案为：<；

②正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动,，甲醇的物质的量增大，故压强P1>P2，又因为压强增大，反应速率也增大，所以 v(N) < v(M)，

故答案为：<；

（3）设转化的二氧化碳的物质的量为x，

则CO2的体积分数为 = ，要使为恒定的值，则a与b的大小关系式为a=b，

故答案为：a=b；

（4）由图2知，乙酸的生成速率在300℃后逐渐增大，催化剂已失去活性，则乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围：300∼400℃，

故答案为：300∼400℃。