Question

【題目】我國煤炭資源豐富，通過煤的氣化和液化。能使煤炭得以更廣泛的應用。

I．先將煤轉化為CO，再利用CO和水蒸氣反應制取H2，反應為CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

（1）向2L恒容密閉容器中充入CO和水蒸氣，800℃時測得部分數據：

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

從反應開始到2min時，υ(H2)為___________________；該溫度下反應的平衡常數K=__________。

（2）相同條件下，向2L恒容密閉容器中充入1molCO、3mol水蒸氣、2molCO2、2mol H2，此時υ正____υ逆（填“>”、“<”或“=”）。

II．利用CO生產燃料甲醇（CH3OH），一定條件下發生反應：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，圖a表示反應中能量的變化，圖b表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H2和一定量的CO后，CO和CH3OH的濃度隨時間的變化：

（1）在圖a中，曲線_____（填“a”或“b”）表示使用了催化劑；該反應屬于_______反應（填“吸熱”或“放熱”）；若保持其他條件不變，將反應體系升溫，則該反應的平衡常數將______（填“變大”、“變小”或“不變”）。

（2）下列說法正確的是_______（填序號）。

① 起始充入的CO為2mol

② 增加CO濃度，CO的轉化率增大

③ 當混合氣體的密度不變時，反應達到平衡

④ 保持溫度和容積不變，再充入2molCO和4mol H2，再次達平衡時 會減小

（3）若在相同情況下，最初向容器中充入____mol CH3OH(g)，可以達到上述同樣的平衡狀態。

（4）請在下圖中畫出平衡時甲醇的百分含量隨壓強的變化曲線，要求畫溫度不同的2條曲線（在曲線上標出T1、T2且T1&t;T2）。____________

。

Answer 1

【答案】0.075mol/(L·min)3>a放熱變小①④2

【解析】

Ⅰ.（1）根據表中數據可知，反應在2 min時CO的物質的量減少了0.80mol－0.50mol＝0.30mol。根據方程式可知，氫氣的物質的量應增加0.30mol，濃度增加0.30mol÷2L＝0.15mol/L，所以2min內的平均速率為v(H2)＝ ＝0.075 mol·L－1·min－1；由表中數據可知，反應在進行3min至4min時，CO與H2O的物質的量保持不變，說明此時反應處于平衡狀態，則有如下關系：
CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)

起始濃度（mol/L） 0.40 0.60 0 0

轉化濃度（mol/L） 0.30 0.30 0.30 0.30

平衡濃度（mol/L） 0.10 0.30 0.30 0.30

所以平衡常數K＝＝3.0，故答案為：0.075mol/(L·min)、3；

（2）相同條件下，向2L恒容密閉容器中充入1molCO、3mol水蒸氣、2molCO2、2mol H2，此時反應的濃度熵Qc==<K，說明反應此時向正反應方向進行，則υ正>υ逆，故答案為：>；

II．（1）由圖可知，曲線a降低了反應所需的活化能，則a使用了催化劑，又因該反應中反應物的總能量大于生成物的總能量，則該反應為放熱反應；其他條件不變，將反應體系升溫，平衡逆向移動，則該反應的平衡常數將減小，故答案為：a；放熱；變小；
（2）① 由圖可知起始CO的濃度為1mol/L，則CO的起始物質的量為1mol/L×2L=2mol；

②增加CO濃度，會促進氫氣的轉化，氫氣的轉化率增大，但CO的轉化率減小；

③由于在反應過程中，反應混合物的總質量不變，容器的體積不變，則氣體的密度并不隨反應的時行而發生變化，故當混合氣體的密度不變時，反應不一定達到平衡；

④保持溫度和容積不變，再充入2molCO和4mol H2，與原平衡比較，相當于增大壓強，平衡正向移動，再次達平衡時 會減小；

綜上所述，正確的說法有①④，故答案為：①④；

（3）若在相同情況下，通過從逆反應方向開始建立上述同樣的平衡狀態，則須滿足起始加入量“一邊倒”之后與原平衡相同，原平衡的起始加入量為4molH2和2molCO，故需加入2mol CH3OH(g)，故答案為：2；

（4）由于該反應正反應為氣體體積縮小的可逆反應，增大壓強，平衡正向移動，甲醇的含量增大；該反應正反應為放熱反應，升高溫度，甲醇的含量減小，由此分析可得圖像為：，故答案為：