高中化学化学反应速率与化学平衡图象的综合应用试题

探究CH₃OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH₃OH的产率。以CO₂、H₂为原料合成CH₃OH涉及的主要反应如下：

Ⅰ．CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁＝﹣49.5 kJ•mol^﹣1

Ⅱ．CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H₂＝﹣90.4 kJ•mol^﹣1

Ⅲ．CO₂（g）+H₂（g）⇌CO（g）+H₂O（g）△H₃

回答下列问题：

（1）△H₃＝　　kJ•mol^﹣1。

（2）一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1mol CO₂和3mol H₂发生上述反应，达到平衡时，容器中CH₃OH（g）为amol，CO为bmol，此时H₂O（g）的浓度为　 $\frac{a+b}{V}$　mol•L^﹣1（用含a、b、V的代数式表示，下同），反应Ⅲ的平衡常数为　　。

（3）不同压强下，按照n（CO₂）：n（H₂）＝1：3投料，实验测定CO₂的平衡转化率和CH₃OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。

已知：CO₂的平衡转化率 $=\frac{n{(\mathit{CO}}_2{)}_{\mathit{初始}}-n{(\mathit{CO}}_2{)}_{\mathit{平衡}}}{n{(\mathit{CO}}_2{)}_{\mathit{初始}}}\times$100%

CH₃OH的平衡产率 $=\frac{n{(\mathit{CH}}_3\mathit{OH}{)}_{\mathit{平衡}}}{n{(\mathit{CO}}_2{)}_{\mathit{初始}}}\times$100%

其中纵坐标表示CO₂平衡转化率的是图　　（填“甲”或“乙”）；压强p₁、p₂、p₃由大到小的顺序为　　；图乙中T₁温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是　　。

（4 ）为同时提高CO₂的平衡转化率和CH₃OH的平衡产率，应选择的反应条件为　　（填标号）。

A．低温、高压 B．高温、低压 C．低温、低压 D．高温、高压

硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO ₂的催化氧化：SO ₂（g） $+\frac{1}{2}$ O ₂（g） $\stackrel{\mathit{钒催化剂}}{\to }$ SO ₃（g）△H＝﹣98kJ•mol ^{﹣ 1}．回答下列问题：

（1）钒催化剂参与反应的能量变化如图（a）所示，V ₂O ₅（s）与SO ₂（g）反应生成VOSO ₄（s）和V ₂O ₄（s）的热化学方程式为： 　　。

（2）当SO ₂（g）、O ₂（g）和N ₂（g）起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，SO ₂平衡转化率α随温度的变化如图（b）所示。反应在5.0MPa、550℃时的α＝ 　　，判断的依据是 　　。影响α的因素有 　　。

（3）将组成（物质的量分数）为2m% SO ₂（g）、m% O ₂（g）和q% N ₂（g）的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO ₂转化率为α，则SO ₃压强为 　　，平衡常数K _p＝ 　　（以分压表示，分压＝总压×物质的量分数）。

（4）研究表明，SO ₂催化氧化的反应速率方程为：v＝k（ $\frac{\alpha }{\alpha \prime }-$ 1） ^0.8（1﹣nα′）式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO ₂平衡转化率，α′为某时刻SO ₂转化率，n为常数。在α′＝0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图（c）所示。

曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度t _m．t＜t _m时，v逐渐提高；t＞t _m后，v逐渐下降。原因是 　　。