Question

【题目】煤的气化可以减少环境污染，而且生成的CO和H2被称作合成气，能合成很多基础有机化工原料。

（1）一定条件下，H2 、CO在体积固定的绝热密闭容器中发生如下反应：4H2（g）＋2CO（g） CH3OCH3（g）＋H2O（g），下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据的有________。

A．v（H2）＝2v（CO）

B．平衡常数K不再随时间而变化

C．混合气体的密度保持不变

D．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化

（2）工业可采用CO与H2反应合成再生能源甲醇，反应：CO（g）＋2H2（g） CH3OH（g），在一容积可变的密闭容器中充有10 mol CO和20 mol H2，在催化剂作用下发生反应生成甲醇。CO的平衡转化率（α）与温度（T ）、压强（p）的关系如下图1所示。

①合成甲醇的反应为________（填“放热”或“吸热”）反应。

②A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为________，p1和p2的大小关系为______。

③若达到平衡状态A时，容器的体积为10 L，则在平衡状态B时容器的体积为_______ L。

④ CO的平衡转化率（α）与温度（T ）、压强（p）的关系如上图2所示，实际生产时条件控制在250 ℃ 、1．3×104 kPa左右，选择此压强的理由是_________________。

Answer 1

【答案】（1） B D

（2）① 放热 ② KA＝KB>KC p1<p2 ③ 2

④ 在1．3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强，CO的转化率提高不大，生产成本却增加

【解析】

试题分析：（1）A．v（H2）＝2v（CO），没有正逆反应速率，不能说明反应达到平衡状态，错误；B．该反应过程中有能量变化，在绝热密闭容器中，若反应发生，容器中的温度发生变化，K也发生变化，当平衡常数K不再随时间而变化时，反应达到平衡状态，正确；C．在体积固定的密闭容器中，质量和体积始终保持不变，混合气体的密度始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，错误；D．该反应左右气体系数和不相等，根据M=m÷n，混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化时说明反应达到平衡状态，正确；答案选BD。

（2）①根据图1，升高温度，CO的平衡转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，而升高温度，平衡向吸热反应方向移动，所以合成甲醇的反应为放热反应。

②由图1可知，A、B两点是等温点，而C点温度大于A、B点，该反应为放热反应，升高温度，化学平衡常数降低，所以A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为KA＝KB>KC。从P1到P2，CO的平衡转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，该反应的正反应为系数减小的反应，增大压强，平衡向系数减小的方向移动，所以p1<p2。

③密闭容器中充有10 mol CO和20 mol H2，若达到平衡状态A时，CO的转化率为50%，则平衡时CO为5mol，氢气为10mol，甲醇为5mol，总物质的量为20mol，在平衡状态B时，CO的转化率为80%，则平衡时CO为2mol，氢气为4mol，甲醇为8mol，总物质的量为14mol，A、B两点的温度相同，化学平衡常数不变，设容器的体积为V，则0．5÷（0．5×1）=8/V÷2/V×（4/V）2，解得V=2。

④在1．3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强，CO的转化率提高不大，生产成本却增加，所以实际生产时条件控制在250 ℃ 、1．3×104 kPa左右。