Question

【題目】合成氣經壓縮升溫后進入10m3的甲醇合成塔中，在催化劑的作用下進行甲醇合成，主要反應是：2H2(g) + CO(g)CH3OH(g)+181.6kJ。已知：某溫度下（設溫度為T1℃）此反應的平衡常數為160。

(1)此溫度下，在密閉容器中加入一定量的CO和H2，反應到某時刻測得各組分的濃度如表：

物質	H2	CO	CH3OH
濃度/（mol/L）	0.2	0.1	0.4

比較此時正、逆反應速率的大�。�v正_______v逆 （填“>”、“<”或“＝”）；若加入與上述同樣多的CO和H2，在T2℃條件下反應，10 min后達平衡時c(H2)＝0.4mol/L，則該時間內反應速率v(CH3OH)＝_______ mol/(L·min)；

(2)在一定條件的密閉恒容的容器中，下列式子或文字描述能表示上述反應達到化學平衡狀態的是_______（選填序號）；

a．2v逆(CO) = v正(H2)

b．c(CO): c(H2):c(CH3OH) =1:2:1

c．混合氣體的平均式量保持不變

d．混合氣體的密度保持不變

(3)上述反應達到平衡后，下列說法正確的是_______（選填序號）；

a．其他條件不變，增大壓強，平衡常數K﹤160

b．其他條件不變，溫度升高，平衡常數K會減小

c．其他條件不變，若同比例地增加CO和H2的量平衡不會發生移動

d．其他條件不變，增大甲醇的物質的量，正反應速率也會隨之逐漸增大

(4)尋找合適的催化劑來改善上述合成甲醇的條件一直是研究課題。現分別對X、Y、Z三種催化劑進行如下實驗（其他條件均相同）：

①X在T1℃時催化效率最高，能使正反應速率加快約3×105倍；

②Y在T2℃時催化效率最高，能使正反應速率加快約3×105倍；

③Z在T3℃時催化效率最高，能使逆反應速率加快約1×106倍；

已知：T1＞T2＞T3，根據上述信息，你認為在生產中應該選擇的適宜催化劑并簡述理由____。

Answer 1

【答案】> 0.03 ac bd Z，溫度要求低，反應速率快

【解析】

(1)根據濃度商與K的大小比較判斷；先根據表中數據計算H2的起始濃度，然后計算v(H2)，根據速率之比等于化學計量數之比計算；

(2)依據反應特征和平衡標志分析，正逆反應速率相同，各組分含量保持不變分析；
(3)a．其他條件不變，增大壓強，平衡常數不變；
b．其他條件不變，溫度升高，反應是放熱反應，平衡逆向進行，平衡常數K會減��；
c．其他條件不變，若同比例地增加CO和H2的量，相當于增大壓強，平衡正向進行；
d．其他條件不變，增大甲醇的物質的量，平衡逆向進行，正逆反應速率也會隨之逐漸增大；

(4)根據題給溫度和催化劑對反應速率的影響對比分析。

(1)某時刻的Qz===100<160，反應正向進行，v正>v逆；某時刻CH3OH的濃度為0.4mol/L，則H2的起始濃度為0.2mol/L+0.4mol/L×2=1mol/L，在T2℃反應10min時間內v(H2)==0.06mol/(L·min)，則v(CH3OH)= v(H2)=0.03mol/(L·min)，故答案為：>，0.03mol/(L·min)；

(2)2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)+181.6kJ，反應是氣體體積減小的放熱反應；
a. 反應速率之比等于化學方程式計量數之比，2v逆(CO)=v正(H2)，說明一氧化碳正逆反應速率相同，說明反應達到平衡狀態，故a正確；
b. c(CO): c(H2):c(CH3OH)=1：2：1，只能說明濃度比等于反應比，和起始量變化量有關，不能說明反應達到平衡，故b錯誤；
c．反應前后氣體物質的量減小，質量不變，混合氣體的平均式量保持不變，說明反應達到平衡狀態，故c正確；
d．反應前后氣體質量和體積不變，混合氣體的密度始終保持不變，不能說明反應達到平衡狀態，故d錯誤；故答案為：ac；
(3)a．其他條件不變，增大壓強，平衡常數不變，故a錯誤；
b．其他條件不變，溫度升高，反應是放熱反應，平衡逆向進行，平衡常數K會減小，故b正確；
c．其他條件不變，若同比例地增加CO和H2的量，相當于增大壓強，平衡正向進行，故c錯誤；
d．其他條件不變，增大甲醇的物質的量，增大生成物濃度，平衡逆向進行，正逆反應速率也會隨之逐漸增大，故d正確；故答案為：bd；

(4)因為T1＞T2＞T3，所以溫度越低平衡常數越大，反應物轉化率越大，又催化劑同等程度加快反應速率，所以既能在低溫下作用又能加快反應速率的催化劑最好選用Z，故答案為：Z，溫度要求低，反應速率快。