探究CH3OH合成反應化學平衡的影響因素，有利於提高CH3OH的產率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的...

問題詳情：

探究CH3OH合成反應化學平衡的影響因素，有利於提高CH3OH的產率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應如下：

Ⅰ.  

Ⅱ.  

Ⅲ.  

回答下列問題：

(1)_________。

(2)一定條件下，向體積為VL的恆容密閉容器中通入1 mol CO2和3 mol H2發生上述反應，達到平衡時，容器中CH3OH(g)為ɑ mol，CO為b mol，此時H2O(g)的濃度為__________mol﹒L-1(用含a、b、V的代數式表示，下同)，反應Ⅲ的平衡常數為___________。

(3)不同壓強下，按照n(CO2)：n(H2)=1：3投料，實驗測定CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率隨温度的變化關係如下圖所示。

已知：CO2的平衡轉化率=

CH3OH的平衡產率=

其中縱座標表示CO2平衡轉化率的是圖___________(填“*”或“乙”)；壓強p1、p2、p3由大到小的順序為___________；圖乙中T1温度時，三條曲線幾乎交於一點的原因是___________。

(4)為同時提高CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率，應選擇的反應條件為_________(填標號)。

A.低温、高壓    B.高温、低壓   C.低温、低壓 D.高温、高壓

【回答】

+40.9            乙    p1、p2、p3    T1時以反應Ⅲ為主，反應Ⅲ前後氣體分子數相等，壓強改變對平衡沒有影響    A   

【分析】

根據蓋斯定律計算反應熱；利用三個反應，進行濃度和化學平衡常數的計算；結合圖形根據勒夏特列原理考慮平衡移動的方向，確定温度和壓強變化時，CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率之間的關係得到相應的*。

【詳解】

(1).根據反應I-II=III，則△H3=△H1-△H2=-49.5kJ∙mol-1-(-90.4 kJ∙mol-1)=+40.9 kJ∙mol-1；

(2).假設反應II中，CO反應了xmol，則II生成的CH3OH為xmol，I生成的CH3OH為(a-x)mol，III生成CO為(b+x)mol，根據反應I：，反應II： ，反應III：，所以平衡時水的物質的量為(a-x)mol+(b+x)mol =(a+b)mol，濃度為:；平衡時CO2的物質的量為1mol-(a-x)mol-(b+x)mol=(1-a-b)mol，H2的物質的量為3mol-3(a-x)mol-2x-(b+x)mol=(3-3a-b)mol，CO的物質的量為bmol，水的物質的量為(a+b)mol，則反應III的平衡常數為：；

(3).反應I和II為放熱反應，升高温度，平衡逆向移動，則CH3OH的平衡產率減少，所以圖*表示CH3OH的平衡產率，圖乙中，開始升高温度，由於反應I和II為放熱反應，升高温度，平衡逆向移動，CO2的平衡轉化率降低，反應III為吸熱反應，升高温度反應III向正反應方向移動，升高一定温度後以反應III為主，CO2的平衡轉化率又升高，所以圖乙表示CO2的平衡轉化率；壓強增大，反應I和II是氣體體積減小的反應，反應I和II平衡正向移動，反應III氣體體積不變化，平衡不移動，故壓強增大CH3OH的平衡產率增大，根據圖所以壓強關係為：p1>p2>p3；温度升高，反應I和II平衡逆向移動，反應III向正反應方向移動，所以T1温度時，三條曲線交與一點的原因為：T1時以反應III為主，反應III前後分子數相等，壓強改變對平衡沒有影響；

(4).根據圖示可知，温度越低，CO2的平衡轉化率越大，CH3OH的平衡產率越大，壓強越大，CO2的平衡轉化率越大，CH3OH的平衡產率越大，所以選擇低温和高壓，*選A。

【點睛】

本題為化學反應原理綜合題，考查了蓋斯定律、化學平衡常數的計算、勒夏特列原理進行圖像的分析，難點為平衡常數的計算，巧用了三個反應的化學方程式，進行了數據的處理，得到反應III的各項數據，進行計算得到平衡常數。

知識點：化學平衡

題型：綜合題