甲醇是一种可再生能源，用和合成甲醇的过程主要有以下反应：反应I：反应II：反应III：请回答：

1. 甲醇是一种可再生能源，用 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 合成甲醇的过程主要有以下反应：

反应I： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应II： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应III： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

请回答：

(1) 反应III自发进行的条件是。

(2) 恒温恒容条件下，若仅发生反应II，反应达到平衡的标志是___________。 A. CO的分压不再发生变化 B. 气体平均相对分子质量不再发生变化 C. 气体密度不再发生变化 D. $\text{[math]}$ 比值不再发生变化

(3) 在5.0MPa恒定压强和催化剂作用下，以 $\text{[math]}$ 的投入量进行反应，体系到达平衡后的CO与 $\text{[math]}$ 在含碳产物中的物质的量百分数、 $\text{[math]}$ 转化率随温度的变化如图1所示。

①表示平衡时 $\text{[math]}$ 在含碳产物中物质的量百分数的曲线是(填a或b)。

② $\text{[math]}$ 平衡转化率随温度的升高先减小后增大，增大的原因可能是。

(4) 反应I、III的逆过程又称为甲醇水蒸气重整，是电动汽车常见的氢源。在常压、CaO催化下， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 以体积比1：1.2混合，总物质的量为2.2mol，反应至 $\text{[math]}$ 时刻测得 $\text{[math]}$ 转化率及CO、 $\text{[math]}$ 选择性随温度变化分别如图2所示，260℃时 $\text{[math]}$ 的物质的量随时间的变化曲线如图3所示。

①下列说法正确的是。

A．反应适宜温度为300℃

B．工业生产通常在高压条件下进行甲醇水蒸气重整

C．CaO催化剂具有更高催化活性，可以提高甲醇平衡转化率

D．其他条件不变，适当升高温度有利于提高 $\text{[math]}$ 的产率

②通过计算在图3中画出300℃时，反应至 $\text{[math]}$ 时刻 $\text{[math]}$ 物质的量随时间变化的曲线。

【考点】

盖斯定律及其应用; 化学平衡状态的判断;

【答案】

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综合题困难

1. 一碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物为原料，用化工的方法制造产品的化学体系的总称。甲烷、一氧化碳是常见的一碳化学的原料。

已知反应：

① $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

② $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

③ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

已知反应①中相关的化学键键能数据如表：

化学键	C-H	O-H	H-H
键能/ $\text{[math]}$	413	465	436

向容积固定为1L的密闭容器内充入2mol CO和4mol H₂ ，保持250℃发生反应③，用压力计监测反应过程中容器内压强的变化如表：

反应时间/min	0	5	10	15	20	25
压强/MPa	P	0.82p	0.68p	0.56p	0.50p	0.50p

(1) 工业制取炭黑的方法之一是将甲烷隔绝空气加热到1300℃进行裂解。该反应的热化学方程式为。

(2) 可知CO中C≡O键的键能为___________ $\text{[math]}$ 。 A. 1068 B. 1274 C. 1684 D. 1940

(3) 向恒容绝热的密闭容器中充入a mol $\text{[math]}$ 与2a mol $\text{[math]}$ (g)，进行反应①，下列能判断反应已达化学平衡状态的是___________。 A. 容器中混合气体密度不变 B. 混合气体中 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 之比不变 C. $\text{[math]}$ D. 容器内温度不变

(4) 对反应②的能否自发性进行判断，并说明理由。

A．能低温自发 B．能高温自发 C．不能自发

(5) 从开始到20min时，以CO浓度变化表示的平均反应速率 $\text{[math]}$ 。

(6) 250℃时反应③平衡常数 $\text{[math]}$ 的值为。

(7) 在容器容积不变的前提下，欲提高反应③中H₂的平衡转化率，可采取的措施有(任写一项)。

综合题普通

2. 乙烯年产量的高低是衡量一个国家石油化工发展水平的重要指标。回答下列问题：

① $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$

② $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$

③ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$

则 $\text{[math]}$ ； $\text{[math]}$ (用含 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的式子表示)。

(2) 反应 $\text{[math]}$ 中正逆反应速率方程可表示为 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，其中 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 是只与温度有关的常数。则升高温度过程中， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 变化值较大的是。

(3) 在压强恒定为480kPa时，向某密闭催化反应器中加入2mol乙烯与2mol水，使其发生反应： $\text{[math]}$ ，测得反应开始到第10min乙烯的转化率 $\text{[math]}$ 随温度的变化如图所示(过程中催化剂活性几乎不受影响)：

①b点前乙烯的转化率随温度升高而增大，根据活化分子碰撞理论解释其原因：；c点时乙醇的体积分数为。

②b点时该反应的化学平衡常数 $\text{[math]}$ (保留两位小数，分压=气体体积分数×总压)。

(4) 若某密闭容器中存在反应 $\text{[math]}$ ，在其他条件不变时，改变某一条件X，则得正逆反应速率变化如图所示，则X表示，下列标志能表明在一定温度下，恒容容器中该反应达到平衡状态的是(填字母)。

A．混合气体密度保持不变

B．正反应速率： $\text{[math]}$

C．单位时间内断裂的化学键数目：H—H键=H—O键

综合题困难

3. 苯乙烯是生产塑料与合成橡胶的重要原料。 $\text{[math]}$ 氧化乙苯脱氢制苯乙烯的反应为：

反应Ⅰ：+CO₂(g) $\text{[math]}$ + H₂O(g) +CO(g) $\text{[math]}$

已知：反应Ⅱ： $\text{[math]}$ + H₂(g) $\text{[math]}$

反应Ⅲ： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

回答下列问题：

(1) 反应Ⅰ的 $\text{[math]}$ 。

(2) 下列关于反应Ⅰ~Ⅲ的说法正确的是___________(填字母)。 A. 及时分离出水蒸气，有利于提高平衡混合物中苯乙烯的含量 B. $\text{[math]}$ 保持恒定时，说明反应Ⅰ达到化学平衡状态 C. 其他条件相同，反应Ⅱ分别在恒容和恒压条件下进行，前者乙苯的平衡转化率更高 D. 反应Ⅲ正反应的活化能小于逆反应的活化能

(3) 在高温催化剂 $\text{[math]}$ 作用下， $\text{[math]}$ 氧化乙苯脱氢制苯乙烯可能存在如下图所示反应机理：

该机理可表示为以下两个基元反应，请结合图示补充完整反应ⅰ和反应ⅱ：

ⅰ： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ＋___________＋___________，

ⅱ：___________ $\text{[math]}$ ___________ $\text{[math]}$ ，

(4) 常压下，乙苯和 $\text{[math]}$ 经催化剂吸附后才能发生上述反应Ⅰ。控制投料比[ $\text{[math]}$ ]分别为1∶1、5∶1和10∶1，并在催化剂作用下发生反应，乙苯平衡转化率与反应温度的关系如图所示：

①曲线A的投料比为，Q点平衡常数P点平衡常数(填“>”、“<”或“=”)。

②相同温度下，投料比远大于10∶1时，乙苯的消耗速率明显下降，可能的原因是：

ⅰ．乙苯的浓度过低；

ⅱ．。

③850K时，若初始乙苯的物质的量为 $\text{[math]}$ ，反应经 $\text{[math]}$ 达到图中P点所示状态，则 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

综合题困难