Question

能源短缺是人類社會(huì)面臨的重大問(wèn)題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)a：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應(yīng)b：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟(jì)”原則的是

 

（填“a”或“b”）；
②如表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)a在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷△H₁

 

0（填“＞”“=”或“＜”）；
③某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.2mol?L^-1，則CO的轉(zhuǎn)化率為

 

．下列能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

．
A、體系壓強(qiáng)保持不變
B、混合氣體密度保持不變
C、H₂和CO的體積比保持不變
D、混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變
（2）合成氣經(jīng)壓縮升溫后進(jìn)入10m³甲醇合成塔，在催化劑作用下，通過(guò)反應(yīng)a進(jìn)行甲醇合成，T₄℃下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為160．此溫度下，在密閉容器中加入CO和H₂，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	H2	CO	CH3OH
濃度/（mol?L-1）	0.2	0.1	0.4

①比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。簐_正

 

v_逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．
②若加入CO、H₂后，在T₅℃反應(yīng)10min達(dá)到平衡，c（H₂）=0.4mol?L^-1，則該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速率v（CH₃OH）=

 

mol?（L?min）^-1．
（3）生產(chǎn)過(guò)程中，合成氣要進(jìn)行循環(huán)，其目的是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）①“原子經(jīng)濟(jì)性”是指在化學(xué)品合成過(guò)程中，合成方法和工藝應(yīng)被設(shè)計(jì)成能把反應(yīng)過(guò)程中所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中；
②反應(yīng)物總能量大于生成物總能量時(shí)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
③根據(jù)一氧化碳的平衡濃度計(jì)算平衡時(shí)一氧化碳的物質(zhì)的量，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率公式計(jì)算其轉(zhuǎn)化率；根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征及反應(yīng)的特點(diǎn)判斷；
（2）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；
②根據(jù)氫氣的濃度計(jì)算CH₃OH的濃度變化量，再根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（CH₃OH）；
（3）合成氣進(jìn)行循環(huán)，可以提高原料利用率．

解答： 解：（1）根據(jù)原子經(jīng)濟(jì)知，a沒(méi)有副產(chǎn)物，符合原子經(jīng)濟(jì)理念，Ⅱ中有副產(chǎn)物，不符合原子經(jīng)濟(jì)理念，
故選a；
（2）根據(jù)圖象知，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則△H₁＜0，
故答案為：＜；
（3）平衡時(shí)剩余一氧化碳的物質(zhì)的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率=

(2-0.4)mol

2mol

×100%=80%，
由于反應(yīng)a是反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量減小的放熱反應(yīng)，所以當(dāng)A、體系壓強(qiáng)保持不變時(shí)，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；B、由于反應(yīng)在恒容條件下進(jìn)行，反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，所以混合氣體密度保持不變，不能說(shuō)明反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)；C、由于加入的H₂和CO的體積比為1：3，而參加反應(yīng)體積比為1：2，所以在反應(yīng)過(guò)程中這兩種氣體體積比是不斷發(fā)生變的，當(dāng)兩種氣體的體積比保持不變時(shí)，則說(shuō)明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；D、由于反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，而物質(zhì)的量減小，所以當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變時(shí)，則是說(shuō)明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故選ACD，
故答案為：80%；ACD；
（3）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，
故答案為：＞；
②由表中數(shù)據(jù)可知，l0min內(nèi)氫氣的濃度變化量為0.4mol/L-0.2mol/L=0.2mol/L，故甲醇的濃度變化量為0.2mol/L×

1

2

=0.1mol/L，故v（CH₃OH）=

0.1mol/L

10min

=0.01mol/（L?min），
故答案為：0.01；
（3）生產(chǎn)過(guò)程中，合成氣要進(jìn)行循環(huán)，這樣可以提高原料利用率，
故答案為：提高原料利用率（或提高產(chǎn)量、產(chǎn)率亦可）．

點(diǎn)評(píng)：本題考查“原子經(jīng)濟(jì)性”概念的理解、化學(xué)平衡常數(shù)、反應(yīng)中能量的變化等，熟練掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，難度中等，答題時(shí)注意理解掌握平衡常數(shù)的用途．