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【题目】甲醇是一种用途非常广泛的基础化工原料,可通过下列反应合成:

Ⅰ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H1

Ⅱ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H2

Ⅲ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)△H3

回答下列问题

(1)反应(Ⅰ)的△S________(填“>”或“<”)0,△H1=________(用△H2、△H3表示)。

(2)上述反应的平衡常数的自然对数值lnKP(KP为以分压表示的平衡常数)与温度的关系如图甲所示

①反应(Ⅱ)的△H________(填“>”或“<”)0。

②480K时,lnKP(Ⅰ)+lnKp(Ⅱ)+lnKp(Ⅲ)=________。

③某温度下,向某恒容密闭容器中充入0.1 molCO和0.2molH2发生反应(Ⅰ),达到平衡时,CO的转化率为90%,若平衡时总压强5MPa,则KP=________(KP为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。

(3)若用CO和CO2混合气体合成甲醇,起始时均控制 =2.60,CO的平衡转化率X(CO)与温度及压强的关系如图乙所示。下列说法正确的是_____(填字母)。

A p1<p2<p3

B 升高温度,反应速率和X(CO)均减小

C 起始时若p2=7.2MPa,则H2的分压为5.2MPa

D 其他条件不变,增大 ,X(CO)增大

【答案】< △H2+△H3 < -8 12.96 CD

【解析】

(1)根据反应前后气体分子数变化确定ΔS;根据盖斯定律计算反应的ΔH1;

(2)①根据温度对K的影响分析反应的热效应;

②根据图像中温度为480K时各反应的lnKp值进行计算即可;

③根据平衡三段式,结合Kp的表达式进行计算;

(3)A.结合压强对平衡移动的影响分析;

B.结合温度对反应速率和平衡移动的影响分析;

C.根据压强之比等于物质的量之比进行计算;

D.根据浓度对平衡移动的影响分析。

(1)反应Ⅰ反应后气体分子数减小,则ΔS<0;已知:Ⅱ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H2,Ⅲ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)△H3,根据盖斯定律,由Ⅱ+Ⅲ可得CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),则反应Ⅰ是反应热ΔH1= △H2+△H3;

(2)①由图可知,当温度升高时,lnKp减小,则Kp减小,说明升高温度,平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,因此ΔH<0;

②由于反应Ⅰ可以通过反应Ⅱ和Ⅲ相加得到,所以Kp(Ⅰ)= Kp(Ⅱ) Kp(Ⅲ),所以lnKp(Ⅰ)= Kp(Ⅱ) +Kp(Ⅲ)=-4,由图可知,当温度为480K时,lnKp(Ⅰ)=-4,所以lnKp(Ⅰ)+lnKp(Ⅱ)+lnKp(Ⅲ)=-4-4=-8;

③平衡时CO的转化率为90%,则参与反应的n(CO)=0.1mol×90%=0.09mol,根据反应的化学方程式可知,参与反应的n(H2)=0.09mol×2=0.18mol,反应生成的n(CH3OH)=0.09mol;则反应达到平衡时n(CO)=0.1mol-0.09mol=0.01mol、n(H2)=0.2mol-0.18mol=0.02mol、n(CH3OH)=0.09mol;则平衡时CO产生的分压,H2产生的分压,CH3OH产生的分压,因此该反应用分压表示的平衡常数;

(3)A.由于合成甲醇的反应为气体分子数减小的反应,因此增大压强,平衡正向移动,CO的转化率增大,因此相同温度下, 转化率越大,压强越大,故p1>p2>p3,故A错误;

B.升高温度,反应速率加快,故B错误;

C.由于, 因此可令n(H2)=2.60mol、n(CO+CO2)=1.00mol,根据压强之比等于物质的量之比,可得等式 , 即, 解得p(H2)=0.52MPa,故C正确;

D.其他条件不变时,增大 , 则相当于增大c(H2),平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,故D正确;

故答案为:CD。

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