Question

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下表：

物質	H2	CO	CH3OH
濃度/（mol/L）	0.2	0.1	0.4

比較此時正、逆反應速率的大小：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，10min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(tài)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(fā)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(xiàn)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

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

專題：化學平衡專題

分析：（1）計算此時的濃度商Qc，與平衡常數比較，判斷反應進行的方向，據此解答；依據圖表數據計算起始量，結合三段式列式計算，根據甲氫氣的濃度變化計算甲醇的濃度變化量，再根據v=

△c

△t

計算v（CH₃OH）；
（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會減小；
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）該反應正反應為放熱反應，應選擇催化活性高、速度快、反應溫度較低；

解答： 解：（1）由表中數據可知，10min時氫氣的濃度為0.2mol/L、CO的濃度為0.1mol/L、甲醇的濃度為0.4mol/L，則此時的濃度商Qc=

0.4

0．22×0.1

=100，小于平衡常數160，故反應向正反應方向進行，故V_正＞V_逆，依據圖表計算起始量；
               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（mol/L）   0.2     0.1       0.4
若加入CO、H₂后，在T₅℃反應10min達到平衡，c（H₂）=0.4mol?L^-1，由表中數據可知，l0min內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(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(tài)，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(tài)，故d錯誤；
故答案為：a c；
（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：b d；
（4）該反應正反應為放熱反應，應選擇催化活性高、速度快、反應溫度較低，故選擇Z，
故答案為：Z；催化活性高、速度快、反應溫度較低：

點評：本題考查化學平衡常數、化學平衡影響因素、反應速率計算、反應中能量變化等，難度中等，注意理解掌握平衡常數和平衡標志的理解應用．