Question

【题目】Ⅰ.CO2催化加氢制甲醇是极具前景的资源化研究领域，主要反应有：

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）已知反应i的速率方程为v正=k正x(CO2)·x3(H2)，v逆=k逆·x(CH3OH)·x(H2O)，k正、k逆均为速率常数且只与温度有关，x为物质的量分数。其物质的量分数平衡常数Kx=___(以k正、k逆表示)。

（3）5MPa时，往某密闭容器中按投料比n(H2)：n(CO2)=3：1充入H2和CO2。反应达平衡时，测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。

①图中Y代表___(填化学式)。

②250℃时反应ii的Kx___1(填“＞”、“＜”或“=”)

③下列措施中，一定无法提高甲醇产率的是___。

A.加入适量CO B.使用催化剂

C.循环利用原料气 D.升高温度

（4）在10MPa下将H2、CO按一定比例投料，平衡状态时各组分的物质的量与温度的关系如图所示。曲线b代表的物质为____(填化学式)。温度为700K时，该反应的平衡常数KP=___(MPa)-2(结果用分数表示)。

Ⅱ.在恒容容器中，使用某种催化剂对反应NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g) ΔH<0

进行相关实验探究。改变投料比[n(SO2)：n(NO2)]进行多组实验(各次实验的温度可能相同，也可能不同)，测定SO2的平衡转化率[α(SO2)]实验结果如图所示。

已知：KR=16，KZ=。

（5）如果要将图中R点的平衡状态改变为X点的平衡状态。应采取的措施是___。

（6）通过计算确定图中R、X、Y、Z四点中温度相等的点是__。

Answer 1

【答案】－90.6 CH3OH < B、D H2 升高温度 X和Z

【解析】

Ⅰ.（1）根据盖斯定律计算ΔH3；

（2）Kx=，根据反应达到平衡时v正= v逆计算物质的量分数平衡常数Kx；

（3）升高温度，反应i逆向移动、反应ii正向移动、反应iii逆向移动；

（4）升高温度，反应iii逆向移动，H2、CO按2:1的比例增大，CH3OH的物质的量减小；

Ⅱ. （5）图中R点的平衡状态改变为X点的平衡状态，α(SO2)减小，平衡逆向移动；

（6）平衡常数相同，温度相同；

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

根据盖斯定律 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=，反应达到平衡时v正= v逆，即k正x(CO2)·x3(H2) =k逆·x(CH3OH)·x(H2O)，= ，所以Kx =；

（3）①升高温度，反应i逆向移动、反应iii逆向移动所以甲醇的含量明显减小；反应ii正向移动，CO含量增大，水的含量变化小于甲醇，故图中Y代表CH3OH、X代表CO、Z代表H2O；

②250℃时反应ii的Kx=，根据图示CO 、H2O的物质的量分数小于CO2 、H2，所以Kx<1；

③A.加入适量CO ，反应iii正向移动，能提高甲醇的产率，故不选A；

B.使用催化剂，平衡不移动，一定不能提高甲醇的产率，故选B；

C.循环利用原料气，提高原料利用率，能提高甲醇的产率，故不选C；

D.升高温度，反应i、反应iii均逆向移动，一定不能提高甲醇的产率，故选D；

（4）升高温度，反应iii逆向移动，H2、CO按2:1的比例增大，CH3OH的物质的量减小，故图中a代表CH3OH、c代表CO、b代表H2；

温度为700K时，该反应的平衡常数KP= (MPa)-2；

Ⅱ. （5）图中R点的平衡状态改变为X点的平衡状态，α(SO2)减小，平衡逆向移动，所以改变的条件可以是升高温度；

（6）X点：

KX=；

Y点：

Ky=；

KR=16，KZ=l；

所以图中R、X、Y、Z四点中温度相等的点是X、Z。