Question

【题目】煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程。

I．将水蒸气通过红热的炭即可产生水煤气。反应为：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1

能使化学反应速率加快的措施有________(填序号)。

①升高反应温度 ②增加C的物质的量

③密闭定容容器中充入CO(g) ④随时吸收CO、H2转化为CH3OH

II．工业上用CO生产燃料甲醇，一定条件下发生反应：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）。

（1）图1是表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H2和一定量的CO后，CO和CH3OH（g）的浓度随时间变化情况。从反应开始到平衡，用H2浓度变化表示平均反应速率v（H2）=__________________________；

（2）图2表示该反应进行过程中能量的变化。曲线a表示不使用催化剂时反应的能量变化，曲线b表示使用催化剂后的能量变化。请结合图像解释催化剂加快化学反应速率的原因_____________________，写出该反应的热化学方程式_________________________________，催化剂____________（填“改变”或“不改变”）反应的焓变。

（3）该反应平衡常数K为__________________________。

（4）恒容条件下，下列措施中能使增大的有_________________。

a．升高温度 b．再充入2molH2 c．充入He气 d．使用催化剂．

III．下图是表示在一容积为2 L的密闭容器内加入2 mol的CO和6 mol的H2，在一定条件下发生如下反应：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH<0，该反应的逆反应速率与时间的关系曲线：

①由图可知反应在t1、t3、t7时都达到了平衡，而在t2、t8时都改变了条件，试判断t8时改变的条件可能是_______________。

②若t4时降压，t5时达到平衡，t6时增大反应物的浓度，请在图中画出t4～t6时逆反应速率与时间的关系曲线______________。

Answer 1

【答案】①③0.15molL﹣1min﹣1催化剂与反应物分子形成中间态，极大降低了反应活化能CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=﹣91kJmol﹣1不改变12 L 2/ mol 2b使用了催化剂

【解析】

I．从影响反应速率的因素分析；

II．（1）根据v=△c/△t进行计算；

（2）催化剂加快化学反应速率的原因催化剂与反应物分子形成中间态，极大降低了反应活化能；利用反应前后的总能量来分析反应的能量变化，写出热化学方程式；催化剂不能改变反应的终始态；

（3）利用各物质平衡的浓度来计算化学平衡常数；

（4）使n（CH3OH）/n（CO）应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大一氧化碳或降低甲醇的量。

III．该反应是气体的体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，结合逆反应速率的变化解答；

I．C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ①升高反应温度加快反应速率，故正确；

②增加C的物质的量，因为C为固体，所以增加C的物质的量，反应物的浓度没变，则反应速率不变，故错误；

③密闭定容容器中充入CO(g)，增大生成物浓度，则正逆反应速率均增大，故正确；

④随时吸收CO、H2转化为CH3OH，则减小生成物的浓度，逆反应速率减小，正反应速率随之也减小，故错误；

故选①③。

II．（1）v（CO）=(1-0.25)mol·L－1/10min=0.075 mol·L-1·min-1

根据CO（g）+2H2（g）CH3OH（g），v（H2）=2v（CO）=2×0.075 mol·L-1·min-1=0.15 mol·L-1·min-1；

（2）催化剂加快化学反应速率的原因催化剂与反应物分子形成中间态，极大降低了反应活化能；

由图可知，该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，故该反应为放热反应；由图可知，反应物为1molCO（g）和2molH2（g），生成物为1molCH3OH（g），△H=419-510=-91 kJ·mol－1，故反应的热化学方程式为：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=-91 kJ·mol－1；

催化剂不能改变反应的终始态，催化剂不改变反应的焓变。

（3） CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

开始（mol·L－1） 1 2 0

转化（mol·L－1） 0.75 1.5 0.75

平衡（mol·L－1） 0.25 0.5 0.75

则化学平衡常数K===12；

（4）a．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，n（CH3OH）/n（CO）减小，故a错误；

b．再通入2molH2，平衡向正反应移动，n（CH3OH）/n（CO）增大，故b正确；

c．充入He（g），使体系压强增大，容器的容积不变，反应混合物的浓度不变，平衡不移动，n（CH3OH）/n（CO）不变，故b错误；

d．使用催化剂，平衡不移动，n（CH3OH）/n（CO）不变，故d错误；

故选b。

III．①t8时正逆反应速率都增大且相等，平衡不移动，应是加入催化剂；

②若t4时降压，正逆反应速率都减小，并且平衡向逆反应进行，t5时达到平衡，t6时增大反应物的浓度，瞬间正反应速率增大，逆反应不变，则t4～t6时逆反应速率与时间的关系曲线为。