Question

【題目】Ⅰ.CO2催化加氫制甲醇是極具前景的資源化研究領域，主要反應有：

i.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.4kJ·mol-1

ii.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2kJ·mol-1

iii.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3

（1）ΔH3=___kJ·mol-1。

（2）已知反應i的速率方程為v正=k正x(CO2)·x3(H2)，v逆=k逆·x(CH3OH)·x(H2O)，k正、k逆均為速率常數且只與溫度有關，x為物質的量分數。其物質的量分數平衡常數Kx=___(以k正、k逆表示)。

（3）5MPa時，往某密閉容器中按投料比n(H2)：n(CO2)=3：1充入H2和CO2。反應達平衡時，測得各組分的物質的量分數隨溫度變化的曲線如圖所示。

①圖中Y代表___(填化學式)。

②250℃時反應ii的Kx___1(填“＞”、“＜”或“=”)

③下列措施中，一定無法提高甲醇產率的是___。

A.加入適量CO B.使用催化劑

C.循環利用原料氣 D.升高溫度

（4）在10MPa下將H2、CO按一定比例投料，平衡狀態時各組分的物質的量與溫度的關系如圖所示。曲線b代表的物質為____(填化學式)。溫度為700K時，該反應的平衡常數KP=___(MPa)-2(結果用分數表示)。

Ⅱ.在恒容容器中，使用某種催化劑對反應NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH<0

進行相關實驗探究。改變投料比[n(SO2)：n(NO2)]進行多組實驗(各次實驗的溫度可能相同，也可能不同)，測定SO2的平衡轉化率[α(SO2)]實驗結果如圖所示。

已知：KR=16，KZ=。

（5）如果要將圖中R點的平衡狀態改變為X點的平衡狀態。應采取的措施是___。

（6）通過計算確定圖中R、X、Y、Z四點中溫度相等的點是__。

Answer 1

【答案】－90.6 CH3OH < B、D H2 升高溫度 X和Z

【解析】

Ⅰ.（1）根據蓋斯定律計算ΔH3；

（2）Kx=，根據反應達到平衡時v正= v逆計算物質的量分數平衡常數Kx；

（3）升高溫度，反應i逆向移動、反應ii正向移動、反應iii逆向移動；

（4）升高溫度，反應iii逆向移動，H2、CO按2:1的比例增大，CH3OH的物質的量減小；

Ⅱ. （5）圖中R點的平衡狀態改變為X點的平衡狀態，α(SO2)減小，平衡逆向移動；

（6）平衡常數相同，溫度相同；

Ⅰ.（1）i.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.4kJ·mol-1

ii.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2kJ·mol-1

根據蓋斯定律 i- ii得CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3= -49.4kJ·mol-1 -41.2kJ·mol-1=－90.6 kJ·mol-1；

（2）Kx=，反應達到平衡時v正= v逆，即k正x(CO2)·x3(H2) =k逆·x(CH3OH)·x(H2O)，= ，所以Kx =；

（3）①升高溫度，反應i逆向移動、反應iii逆向移動所以甲醇的含量明顯減小；反應ii正向移動，CO含量增大，水的含量變化小于甲醇，故圖中Y代表CH3OH、X代表CO、Z代表H2O；

②250℃時反應ii的Kx=，根據圖示CO 、H2O的物質的量分數小于CO2 、H2，所以Kx<1；

③A.加入適量CO ，反應iii正向移動，能提高甲醇的產率，故不選A；

B.使用催化劑，平衡不移動，一定不能提高甲醇的產率，故選B；

C.循環利用原料氣，提高原料利用率，能提高甲醇的產率，故不選C；

D.升高溫度，反應i、反應iii均逆向移動，一定不能提高甲醇的產率，故選D；

（4）升高溫度，反應iii逆向移動，H2、CO按2:1的比例增大，CH3OH的物質的量減小，故圖中a代表CH3OH、c代表CO、b代表H2；

溫度為700K時，該反應的平衡常數KP= (MPa)-2；

Ⅱ. （5）圖中R點的平衡狀態改變為X點的平衡狀態，α(SO2)減小，平衡逆向移動，所以改變的條件可以是升高溫度；

（6）X點：

KX=；

Y點：

Ky=；

KR=16，KZ=l；

所以圖中R、X、Y、Z四點中溫度相等的點是X、Z。