Question

合成氣經(jīng)壓縮升溫后進(jìn)入10m³的甲醇合成塔中，在催化劑的作用下進(jìn)行甲醇合成，主要反應(yīng)是：
2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）+181.6kJ．
已知：某溫度下（設(shè)溫度為T₁℃）此反應(yīng)的平衡常數(shù)為160．
（1）此溫度下，在密閉容器中加入一定量的CO和H₂，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的濃度如下表：

物質(zhì)	H2	CO	CH3OH
濃度/（mol/L）	0.2	0.1	0.4

比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。簐_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(yīng)，10min后達(dá)平衡時(shí)c（H₂）=0.4mol/L，則該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)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(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是

 

（選填序號(hào)）；
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(yīng)達(dá)到平衡后，下列說法正確的是

 

（選填序號(hào)）；
a．其他條件不變，增大壓強(qiáng)，平衡常數(shù)K＜160
b．其他條件不變，溫度升高，平衡常數(shù)K會(huì)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(huì)發(fā)生移動(dòng)
d．其他條件不變，增大甲醇的物質(zhì)的量，正反應(yīng)速率也會(huì)隨之逐漸增大
（4）尋找合適的催化劑來(lái)改善上述合成甲醇的條件一直是研究課題．現(xiàn)分別對(duì)X、Y、Z三種催化劑進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)（其他條件均相同）：
①X在T₁℃時(shí)催化效率最高，能使正反應(yīng)速率加快約3×10⁵倍；
②Y在T₂℃時(shí)催化效率最高，能使正反應(yīng)速率加快約3×10⁵倍；
③Z在T₃℃時(shí)催化效率最高，能使逆反應(yīng)速率加快約1×10⁶倍；
已知：T₁＞T₂＞T₃，根據(jù)上述信息，你認(rèn)為在生產(chǎn)中應(yīng)該選擇的適宜催化劑并簡(jiǎn)述理由：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）計(jì)算此時(shí)的濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，據(jù)此解答；依據(jù)圖表數(shù)據(jù)計(jì)算起始量，結(jié)合三段式列式計(jì)算，根據(jù)甲氫氣的濃度變化計(jì)算甲醇的濃度變化量，再根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（CH₃OH）；
（2）依據(jù)反應(yīng)特征和平衡標(biāo)志分析，正逆反應(yīng)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(qiáng)，平衡常數(shù)不變；
b．其他條件不變，溫度升高，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)K會(huì)減�。�
c．其他條件不變，若同比例地增加CO和H₂的量，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行；
d．其他條件不變，增大甲醇的物質(zhì)的量，平衡逆向進(jìn)行，正逆反應(yīng)速率也會(huì)隨之逐漸增大；
（4）該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，應(yīng)選擇催化活性高、速度快、反應(yīng)溫度較低；

解答： 解：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，10min時(shí)氫氣的濃度為0.2mol/L、CO的濃度為0.1mol/L、甲醇的濃度為0.4mol/L，則此時(shí)的濃度商Qc=

0.4

0．22×0.1

=100，小于平衡常數(shù)160，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故V_正＞V_逆，依據(jù)圖表計(jì)算起始量；
               2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  1       0.5       0
變化量（mol/L）  0.8     0.4      0.4
T4時(shí)（mol/L）   0.2     0.1       0.4
若加入CO、H₂后，在T₅℃反應(yīng)10min達(dá)到平衡，c（H₂）=0.4mol?L^-1，由表中數(shù)據(jù)可知，l0min內(nèi)氫氣的濃度變化量為0.6mol/L，故甲醇的濃度變化量為0.3mol/L，故v（CH₃OH）=

0.3mol/L

10min

=0.03mol/（L?min），
故答案為：＞；0.03；
（2）2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）+181.6kJ，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)
a．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，2v_逆（CO）=v_正（H₂），說明一氧化碳正逆反應(yīng)速率相同，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，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(yīng)比，和起始量變化量有關(guān)，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故b錯(cuò)誤；
c．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減小，質(zhì)量不變，混合氣體的平均式量保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．反應(yīng)前后氣體質(zhì)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(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤；
故答案為：a c；
（3）a．其他條件不變，增大壓強(qiáng)，平衡常數(shù)不變，故a錯(cuò)誤；
b．其他條件不變，溫度升高，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)K會(huì)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(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，故c錯(cuò)誤；
d．其他條件不變，增大甲醇的物質(zhì)的量，增大生成物濃度，平衡逆向進(jìn)行，正逆反應(yīng)速率也會(huì)隨之逐漸增大，故d正確；
故答案為：b d；
（4）該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，應(yīng)選擇催化活性高、速度快、反應(yīng)溫度較低，故選擇Z，
故答案為：Z；催化活性高、速度快、反應(yīng)溫度較低：

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡影響因素、反應(yīng)速率計(jì)算、反應(yīng)中能量變化等，難度中等，注意理解掌握平衡常數(shù)和平衡標(biāo)志的理解應(yīng)用．