Question

【題目】CO是現代化工生產的基礎原料，下列有關問題都和CO的使用有關。

（1）利用CO生產乙醇: 2CO(g)＋4H2(g)CH3CH2OH(g)＋H2O(g)ΔH1

又已知：H2O(l)＝H2O(g)ΔH2 CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH3

工業上也可利用CO2（g）與H2（g）為原料合成乙醇：

2CO2（g）＋6H2（g）CH3CH2OH（g）＋3H2O（l） ΔH

則：ΔH與ΔH1、ΔH2、ΔH3之間的關系是：ΔH＝_______________________。

（2）一定條件下，H2、CO在體積固定的密閉容器中發生如下反應：4H2（g）+2CO（g） CH3OCH3（g）+H2O（g）。下列措施中能夠同時滿足增大反應速率和提高CO轉化率的是____（填字母）。

A．使用高效催化劑 B．降低反應溫度

C. 增大體系壓強 D．不斷將CH3OCH3從反應混合物中分離出來

（3）采用CO與H2反應合成再生能源甲醇，反應如下:CO（g）+ 2H2（g）CH3OH（g）。在一容積可變的密閉容器中充有10molCO和20mol H2，在催化劑作用下發生反應生成甲醇。CO的平衡轉化率（α）與溫度（T）、壓強（p）的關系如圖所示。

①合成甲醇的反應為_______（填 “放熱”或“吸熱”）反應。

②A、B、C三點的平衡常數KA、KB、KC的大小關系為_____________。

③達到平衡狀態A時，容器的體積為10L，則在平衡狀態B時容器的體積為_________L。

④CO的平衡轉化率（α）與溫度（T）、壓強（p）的關系如圖所示，實際生產時條件控制在250℃、1.3×104kPa左右，選擇此壓強的理由是________。

Answer 1

【答案】 ΔH1 -2△H3-3△H2 C 放熱 KA=KB>KC 2 250℃、1．3×104 kPa下，CO轉化率已較高，再增大壓強，CO的轉化率提高不大，生產成本卻增加

【解析】(1)已知：①2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)△H1，②H2O(1)═H2O(g)△H2，③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H3，根據蓋斯定律，將①-②×3-③×2得：2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O，則：△H=△H1-3△H2-2△H3，故答案為：△H=△H1-3△H2-2△H3；

(2)A、使用高效催化劑只能增大反應速率，不能改變平衡移動，所以CO的轉化率不變，故A錯誤；B、降低反應溫度會減慢反應速率，故B錯誤；C、增大體系壓強不僅增大反應速率，而且平衡也向正反應方向移動，所以CO的轉化率也增大，故C正確；D、不斷將CH3OCH3從反應混合物中分離出來，即減小生成物的濃度，則反應速率減小，故D錯誤；故答案為：C；

(3)①由圖1可知，壓強一定時，溫度越高CO的轉化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，即正反應為放熱反應，故答案為：放熱；

②平衡常數與壓強無關，只與溫度有關，A、B溫度相等，則KA=KB，相同壓強下，溫度越高CO的轉化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則平衡常數減小，故KB＞KC，故KA=KB＞KC，故答案為：KA=KB＞KC；

③A、B兩點溫度相等，壓強不同，平衡常數相同，對應A點，CO轉化率為0.5，參加反應CO為10mol×0.5=5mol，

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

開始(mol)：10 20 0

轉化(mol)：5 10 5

平衡(mol)：5 10 5

故T1溫度下，平衡常數K==1，對應B點，CO轉化率為0.8，參加反應CO為10mol×0.8=8mol，

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

開始(mol)：10 20 0

轉化(mol)：8 16 8

平衡(mol)：2 4 8

設平衡時的體積為VL，則=1，解得V=2，故答案為：2；

④由圖3可知，在250°C、1.3x104kPa左右，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO轉化率提高不大，且增大生成成本，得不償失，故選擇250°C、1.3x104kPa左右，故答案為：在250°C、1.3x104kPa左右，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO轉化率提高不大，生產成本卻增加。