Question

【題目】煤化工是以煤為原料，經過化學加工使煤轉化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工產品的工業過程。

I．將水蒸氣通過紅熱的炭即可產生水煤氣。反應為：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1

能使化學反應速率加快的措施有________(填序號)。

①升高反應溫度 ②增加C的物質的量

③密閉定容容器中充入CO(g) ④隨時吸收CO、H2轉化為CH3OH

II．工業上用CO生產燃料甲醇，一定條件下發生反應：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）。

（1）圖1是表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H2和一定量的CO后，CO和CH3OH（g）的濃度隨時間變化情況。從反應開始到平衡，用H2濃度變化表示平均反應速率v（H2）=__________________________；

（2）圖2表示該反應進行過程中能量的變化。曲線a表示不使用催化劑時反應的能量變化，曲線b表示使用催化劑后的能量變化。請結合圖像解釋催化劑加快化學反應速率的原因_____________________，寫出該反應的熱化學方程式_________________________________，催化劑____________（填“改變”或“不改變”）反應的焓變。

（3）該反應平衡常數K為__________________________。

（4）恒容條件下，下列措施中能使增大的有_________________。

a．升高溫度 b．再充入2molH2 c．充入He氣 d．使用催化劑．

III．下圖是表示在一容積為2 L的密閉容器內加入2 mol的CO和6 mol的H2，在一定條件下發生如下反應：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH<0，該反應的逆反應速率與時間的關系曲線：

①由圖可知反應在t1、t3、t7時都達到了平衡，而在t2、t8時都改變了條件，試判斷t8時改變的條件可能是_______________。

②若t4時降壓，t5時達到平衡，t6時增大反應物的濃度，請在圖中畫出t4～t6時逆反應速率與時間的關系曲線______________。

Answer 1

【答案】①③0.15molL﹣1min﹣1催化劑與反應物分子形成中間態，極大降低了反應活化能CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=﹣91kJmol﹣1不改變12 L 2/ mol 2b使用了催化劑

【解析】

I．從影響反應速率的因素分析；

II．（1）根據v=△c/△t進行計算；

（2）催化劑加快化學反應速率的原因催化劑與反應物分子形成中間態，極大降低了反應活化能；利用反應前后的總能量來分析反應的能量變化，寫出熱化學方程式；催化劑不能改變反應的終始態；

（3）利用各物質平衡的濃度來計算化學平衡常數；

（4）使n（CH3OH）/n（CO）應采取措施，使平衡向正反應移動，注意不能增大一氧化碳或降低甲醇的量。

III．該反應是氣體的體積減小的反應，增大壓強，平衡向正反應方向移動，正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，結合逆反應速率的變化解答；

I．C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ①升高反應溫度加快反應速率，故正確；

②增加C的物質的量，因為C為固體，所以增加C的物質的量，反應物的濃度沒變，則反應速率不變，故錯誤；

③密閉定容容器中充入CO(g)，增大生成物濃度，則正逆反應速率均增大，故正確；

④隨時吸收CO、H2轉化為CH3OH，則減小生成物的濃度，逆反應速率減小，正反應速率隨之也減小，故錯誤；

故選①③。

II．（1）v（CO）=(1-0.25)mol·L－1/10min=0.075 mol·L-1·min-1

根據CO（g）+2H2（g）CH3OH（g），v（H2）=2v（CO）=2×0.075 mol·L-1·min-1=0.15 mol·L-1·min-1；

（2）催化劑加快化學反應速率的原因催化劑與反應物分子形成中間態，極大降低了反應活化能；

由圖可知，該反應中反應物的總能量大于生成物的總能量，故該反應為放熱反應；由圖可知，反應物為1molCO（g）和2molH2（g），生成物為1molCH3OH（g），△H=419-510=-91 kJ·mol－1，故反應的熱化學方程式為：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=-91 kJ·mol－1；

催化劑不能改變反應的終始態，催化劑不改變反應的焓變。

（3） CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

開始（mol·L－1） 1 2 0

轉化（mol·L－1） 0.75 1.5 0.75

平衡（mol·L－1） 0.25 0.5 0.75

則化學平衡常數K===12；

（4）a．該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，n（CH3OH）/n（CO）減小，故a錯誤；

b．再通入2molH2，平衡向正反應移動，n（CH3OH）/n（CO）增大，故b正確；

c．充入He（g），使體系壓強增大，容器的容積不變，反應混合物的濃度不變，平衡不移動，n（CH3OH）/n（CO）不變，故b錯誤；

d．使用催化劑，平衡不移動，n（CH3OH）/n（CO）不變，故d錯誤；

故選b。

III．①t8時正逆反應速率都增大且相等，平衡不移動，應是加入催化劑；

②若t4時降壓，正逆反應速率都減小，并且平衡向逆反應進行，t5時達到平衡，t6時增大反應物的濃度，瞬間正反應速率增大，逆反應不變，則t4～t6時逆反應速率與時間的關系曲線為。