Question

【题目】甲醇是重要的化工原料，利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂的作用下合成甲醇时，发生的主反应如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1= -99kJmol-1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) △H2= 58kJmol-1

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3=+41kJmol-1

（1）一定温度下，向体积为2L的密闭容器中加入CO和H2，假设只发生反应①，达平衡后测得各组分浓度如下：

物质	CO	H2	CH3OH
浓度(molL-1)	0.9	1.0	0.6

①列式并计算平衡常数K=___。

②若将容器体积压缩为1L，不经计算，预测新平衡中c(H2)的取值范围是___。

③若保持体积不变，再充入0.6molCO和0.4molCH3OH，此时v正__v逆(填“>”、“<”或“=”)。

（2）在实际生产中，当合成气的组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时体系中的CO平衡转化率α(CO)与温度和压强的关系如图所示。

α（CO）值随温度升高而___（填“增大”或“减小”），其原因是___。图中的压强由大到小为___，其判断理由是___。

Answer 1

【答案】L2moL-2(或0.67L2 moL-2) 1molL-1<c(H2)<2molL-1 = 减小 升高温度时，反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又使产生CO的量增大；从而得出：随温度升高，使CO的转化率降低 p3＞p2＞p1 相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响。故增大压强时，有利于CO的转化率升高

【解析】

（1）①平衡常数K=，代入表中数据即可求出K。

②若将容器体积压缩为1L，预测c(H2)的取值范围，若平衡不移动，c(H2)=2.0mol/L，当平衡移动达新平衡后，c(H2)>1.0mol/L(平衡移动只能减弱这种改变，所以比原平衡时的浓度大)，最终c(H2)介于两个极端点之间。

③若保持体积不变，再充入0.6molCO和0.4molCH3OH，利用浓度商与K进行比较，确定平衡移动的方向，从而确定v正与v逆的相对大小。

（2）从图中可以看出，α（CO）值随温度升高而减小，其原因可从①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1= -99kJmol-1 ③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3=+41kJmol-1两个反应进行分析。图中压强的大小关系仍可从①、③两个反应进行分析。

（1）①平衡常数K==L2moL-2(或0.67L2 moL-2)；答案为：L2moL-2(或0.67L2 moL-2)；

②若将容器体积压缩为1L，可预测c(H2)的取值范围。若平衡不移动，c(H2)=2.0mol/L，当平衡移动达新平衡后，c(H2)>1.0mol/L(平衡移动只能减弱这种改变，所以比原平衡时的浓度大)，最终c(H2)介于两个极端点之间，即1molL-1<c(H2)<2molL-1；答案为：1molL-1<c(H2)<2molL-1；

③若保持体积不变，再充入0.6molCO和0.4molCH3OH，浓度商Q==K，所以平衡不发生移动，从而确定v正=v逆。答案为：=。

（2）从图中可以看出，α（CO）值随温度升高而减小，其原因为：升高温度时，反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又使产生CO的量增大；从而得出：随温度升高，使CO的转化率降低。

对于反应①，压强大则CO的转化率大，对于反应③，压强改变平衡不发生移动，CO的转化率不变，所以，CO转化率大，则表明压强大，由此可得p3＞p2＞p1；其判断理由是：

相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响。故增大压强时，有利于CO的转化率升高。答案为：减小；升高温度时，反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又使产生CO的量增大；从而得出：随温度升高，使CO的转化率降低；p3＞p2＞p1；相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响。故增大压强时，有利于CO的转化率升高。