题目

题型：不详难度：来源：

工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇：
CO(g)＋2H₂(g)  CH₃OH(g)+Q
（1）能判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号，下同)________。

A．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等	B．混合气体的密度不变
C．混合气体的平均相对分子质量不变	D．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化

（2）下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K)。

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

 
①由表中数据判断该反应Q________(填“>”、“＝”或“<”)0；
②某温度下，将2 mol CO和6 mol H₂充入2 L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c(CO)＝0.2 mol/L，则CO的转化率为________，此时的温度为________。
（3）要提高CO的转化率，可以采取的措施是________。
a．升温；b．加入催化剂；c．增加CO的浓度；d．加入H₂加压；e．加入惰性气体加压；f．分离出甲醇
（4）寻找合适的催化剂来改善上述合成甲醇的条件一直是研究课题。现分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验（其他条件均相同）：
①X在T₁℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；
②Y在T₂℃时催化效率最高，能使正反应速率加快约3×10⁵倍；
③Z在T₃℃时催化效率最高，能使逆反应速率加快约1×10⁶倍；
已知：T₁＞T₂＞T₃，根据上述信息，你认为在生产中应该选择的适宜催化剂并简述理由：___________________________________________________。

答案

（1）CD
（2）①>   ②80%；250℃
（3）df （2分）
（4）选Z，温度要求低，反应速率快。（2分）

解析

试题分析：（1）A．无论反应是否达到平衡状态，生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率始终相等，所以不能作为判断平衡状态的依据，错误；B．混合物的质量始终不变，容器的体积不变，所以混合气体的密度始终不变，所以不能作为判断平衡状态的依据，错误；C．反应前后，混合气体的物质的量改变，气体的质量不变，反应达到平衡状态时，混合气体的相对平均分子质量不变，所以能作为判断平衡状态的依据，正确；D．反应达到平衡状态时，CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化，所以能作为判断平衡状态的依据，正确；故选CD；
（2）①升高温度，平衡向吸热方向移动，根据表格知，温度越高，化学平衡常数越小，说明平衡向逆反应方向移动，所以正反应是放热反应，即△H＜0，而放出的热量Q>0；
②平衡时一氧化碳的物质的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，转化率= n(CO)_(反应)/ n(CO)_{(反应开始)}×100%=(1−0.4)mol÷2mol×100%=80%
CO（g）+2H₂（g）≒CH₃OH（g）单位为mol/L
反应开始(mol/L)  1       3           0       
反应(mol/L)       0.8     1.6         0.8
平衡(mol/L)       0.2     1.4        0.8
平衡常数K="0.8" / 0.2(1.4)² =2.04，所以温度是250℃。
（3）a．该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，故错误；b．催化剂对平衡移动无影响，故错误；c．增加CO的浓度，平衡向正反应方向移动，但CO的转化率降低，故错误；d．加入H₂加压，平衡向正反应方向移动，一氧化碳的转化率增大，故正确；e．加入惰性气体加压，参加反应的气体压强不变，平衡不移动，故错误；f．分离出甲醇，平衡向正反应方向移动，一氧化碳的转化率增大，故正确；故选df．
（4）因为T₁＞T₂＞T₃，所以温度越低平衡常数越大，反应物转化率越大，又催化剂同等程度加快反应速率，所以既能在低温下作用又能加快反应速率的催化剂最好选用Z。