Question

【题目】合成气（CO+H2）广泛用于合成有机物，工业上常采用天然气与水蒸气反应等方法来制取合成气。

（1）在150℃时2L的密闭容器中，将2molCH4和2molH2O(g)混合，经过15min达到平衡，此时CH4的转化率为60%。回答下列问题：

①从反应开始至平衡，用氢气的变化量来表示该反应速率v(H2)=__。

②在该温度下，计算该反应的平衡常数K=__。

③下列选项中能表示该反应已达到平衡状态的是__。

A.v(H2)逆=3v(CO)正

B.密闭容器中混合气体的密度不变

C.密闭容器中总压强不变

D.C(CH4)=C(CO)

（2）合成气制甲醚的反应方程式为2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3（g）+H2O(g) △H=bkJ/mol。有研究者在催化剂（Cu—Zn—Al—O和A12O3)、压强为5.OMPa的条件下，由H2和CO直接制备甲醚，结果如图所示。

①290℃前，CO转化率和甲醚产率的变化趋势不一致的原因是__；

②b__0，（填“＞”或“＜”或“=”）理由是__。

（3）合成气中的氢气也用于合成氨气：N2+3H22NH3。保持温度和体积不变，在甲、乙、丙三个容器中建立平衡的相关信息如下表。则下列说法正确的是__；

A.n1=n2=3.2 B.φ甲=φ丙＞φ乙 C.ν乙＞ν丙＞ν甲 D.P乙＞P甲=P丙

容器	体积	起始物质	平衡时NH3的物质的量	平衡时N2的 体积分数	反应开始时的速率	平衡时容器内压强
甲	1L	1molN2+3molH2	1.6mol	φ甲	ν甲	P甲
乙	1L	2molN2+6molH2	n1mol	φ乙	ν乙	P乙
丙	2L	2molN2+6molH2	n2mol	φ丙	ν丙	P丙

Answer 1

【答案】0.12mol·L-1·min-1 21.87 AC 有副反应发生 ＜ 平衡后，升高温度，产率降低 BD

【解析】

（1）

①v(H2)==0.12mol·L-1·min-1；

②K＝==21.87mol2L-2；

③A．v逆(H2)＝3v正(CO)，根据反应速率之比等于化学计量数之比有v正(H2)＝3v正(CO)，故v逆(H2)＝v正(H2)，反应已达到平衡状态，选项A选；

B．参与反应的物质均为气体，气体的总质量不变，反应在恒容条件下进行，故密度始终保持不变，密闭容器中混合气体的密度不变，不能说明反应已达到平衡状态，选项B不选；

C．同温同压下，气体的压强与气体的物质的量成正比，该反应正反应为气体体积增大的反应，密闭容器中总压强不变，则总物质的量不变，说明反应已达到平衡状态，选项C选；

D．反应开始时加入2 mol CH4和2 mol H2O(g)，反应过程中两者的物质的量始终保持相等，c(CH4)=c(CO)不能说明反应已达到平衡状态，选项D不选。

答案选AC；

（4）① 290℃前，CO转化率随温度升高而降低，根据反应2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3（g）+ H2O(g)可知甲醚是生成物，产率应该降低，但反而增大，证明还有另外的反应生成甲醚，即CO的转化率和甲醚产率的变化趋势不一致的原因是有副反应发生；

②根据图中信息可知，平衡后，升高温度，产率降低，平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，△H=b＜0。

（3）根据表中数据知，甲丙中各反应物的浓度相等，所以相当于等效平衡，平衡时N2的体积分数相等；乙中各反应物浓度是甲的2倍，且压强大于甲，增大压强，平衡向气体体积缩小的方向移动，所以平衡时乙中N2的体积分数小于甲；

A．甲丙中各反应物的浓度相等，n2=3.2，乙压强大于甲乙，平衡正向移动，n1＞3.2，选项A错误；

B．甲丙为等效平衡，平衡时N2的体积分数相等φ甲 =φ丙，乙压强大，平衡正向移动，平衡时乙中N2的体积分数小于甲，故φ甲 =φ丙＞φ乙，选项B正确；

C．甲丙中各反应物的浓度相等，为等效平衡，反应速率相等，ν丙=ν甲，乙中各反应物浓度平衡时接近甲丙的二倍，反应速率较大，ν乙＞ν丙=ν甲，选项C错误；

D．体积相同的容器中，甲丙等效，单位体积气体总物质的量浓度相同，压强相等P甲 =P丙，乙中平衡时单位体积气体总物质的量接近甲丙的二倍，P乙＞P甲 =P丙，选项D正确。

答案选BD。