Question

【题目】我国煤炭资源丰富，通过煤的气化和液化。能使煤炭得以更广泛的应用。

I．先将煤转化为CO，再利用CO和水蒸气反应制取H2，反应为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

（1）向2L恒容密闭容器中充入CO和水蒸气，800℃时测得部分数据：

t/min	0	1	2	3	4
n(CO)/mol	0.80	0.64	0.50	0.20	0.20
n(H2O)/mol	1.20	1.04	0.90	0.60	0.60

从反应开始到2min时，υ(H2)为___________________；该温度下反应的平衡常数K=__________。

（2）相同条件下，向2L恒容密闭容器中充入1molCO、3mol水蒸气、2molCO2、2mol H2，此时υ正____υ逆（填“>”、“<”或“=”）。

II．利用CO生产燃料甲醇（CH3OH），一定条件下发生反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，图a表示反应中能量的变化，图b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的浓度随时间的变化：

（1）在图a中，曲线_____（填“a”或“b”）表示使用了催化剂；该反应属于_______反应（填“吸热”或“放热”）；若保持其他条件不变，将反应体系升温，则该反应的平衡常数将______（填“变大”、“变小”或“不变”）。

（2）下列说法正确的是_______（填序号）。

① 起始充入的CO为2mol

② 增加CO浓度，CO的转化率增大

③ 当混合气体的密度不变时，反应达到平衡

④ 保持温度和容积不变，再充入2molCO和4mol H2，再次达平衡时 会减小

（3）若在相同情况下，最初向容器中充入____mol CH3OH(g)，可以达到上述同样的平衡状态。

（4）请在下图中画出平衡时甲醇的百分含量随压强的变化曲线，要求画温度不同的2条曲线（在曲线上标出T1、T2且T1&t;T2）。____________

。

Answer 1

【答案】0.075mol/(L·min)3>a放热变小①④2

【解析】

Ⅰ.（1）根据表中数据可知，反应在2 min时CO的物质的量减少了0.80mol－0.50mol＝0.30mol。根据方程式可知，氢气的物质的量应增加0.30mol，浓度增加0.30mol÷2L＝0.15mol/L，所以2min内的平均速率为v(H2)＝ ＝0.075 mol·L－1·min－1；由表中数据可知，反应在进行3min至4min时，CO与H2O的物质的量保持不变，说明此时反应处于平衡状态，则有如下关系：
CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)

起始浓度（mol/L） 0.40 0.60 0 0

转化浓度（mol/L） 0.30 0.30 0.30 0.30

平衡浓度（mol/L） 0.10 0.30 0.30 0.30

所以平衡常数K＝＝3.0，故答案为：0.075mol/(L·min)、3；

（2）相同条件下，向2L恒容密闭容器中充入1molCO、3mol水蒸气、2molCO2、2mol H2，此时反应的浓度熵Qc==<K，说明反应此时向正反应方向进行，则υ正>υ逆，故答案为：>；

II．（1）由图可知，曲线a降低了反应所需的活化能，则a使用了催化剂，又因该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应；其他条件不变，将反应体系升温，平衡逆向移动，则该反应的平衡常数将减小，故答案为：a；放热；变小；
（2）① 由图可知起始CO的浓度为1mol/L，则CO的起始物质的量为1mol/L×2L=2mol；

②增加CO浓度，会促进氢气的转化，氢气的转化率增大，但CO的转化率减小；

③由于在反应过程中，反应混合物的总质量不变，容器的体积不变，则气体的密度并不随反应的时行而发生变化，故当混合气体的密度不变时，反应不一定达到平衡；

④保持温度和容积不变，再充入2molCO和4mol H2，与原平衡比较，相当于增大压强，平衡正向移动，再次达平衡时 会减小；

综上所述，正确的说法有①④，故答案为：①④；

（3）若在相同情况下，通过从逆反应方向开始建立上述同样的平衡状态，则须满足起始加入量“一边倒”之后与原平衡相同，原平衡的起始加入量为4molH2和2molCO，故需加入2mol CH3OH(g)，故答案为：2；

（4）由于该反应正反应为气体体积缩小的可逆反应，增大压强，平衡正向移动，甲醇的含量增大；该反应正反应为放热反应，升高温度，甲醇的含量减小，由此分析可得图像为：，故答案为：