Question

工業(yè)上通常在恒容密閉容器中采用CO（g）和H₂（g）反應(yīng)催化合成甲醇CH₃OH（g）：
（1）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-398.0kJ?mol^-1③2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1104.0kJ?mol^-1則CO（g）與H₂（g）合成CH₃OH（g）的熱化學(xué)方程式是

 

．
（2）據(jù)研究，反應(yīng)過程中起催化作用的為CuO，反應(yīng)體系中含少量CO₂有利于維持催化劑CuO的量不變，原因是：

 

 （用化學(xué)方程式表示）．
（3）判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是（填字母序號(hào)，下同）

 

．
A．混合氣體的密度不變
B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
C．CH₃OH（g）、CO（g）、H₂（g）的濃度都不再發(fā)生變化
D．生成CH₃OH（g）的速率與消耗CO（g）的速率相等
（4）下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.250	0.012

某溫度下，將2molCO（g）和6mol H₂（g）充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c（CO）=0.5mol/L，則CO（g）的轉(zhuǎn)化率為

 

，此時(shí)的溫度為

 

．
（5）要提高CO（g）的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

．
A．升高溫度       B．加入催化劑    C．增加CO（g）的濃度
D．加入H₂（g）加壓 E．分離出甲醇    F．加入惰性氣體加壓
（6）一定條件下，在容積相同的三個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器		甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量		1molCO  2molH2	1molCH3OH	2molCH3OH
平衡數(shù)據(jù)	CH3OH的濃度（mol/L）	c1	c2	c3
	反應(yīng)的能量變化的絕對(duì)值（kJ）	a	b	c
	體系壓強(qiáng)（Pa）	P1	P2	P3
	反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	α1	α2	α3

下列說法正確的是

 

．
A.2c₁＞c₃      B．a(chǎn)+b=129         C.2p₂＜p₃      D．α₁+α₃＜1．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡建立的過程,化學(xué)平衡的調(diào)控作用,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)已知熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算求反應(yīng)熱，再寫方程式；
（2）在加熱條件下CO能還原CuO使其減少，因此反應(yīng)體系中含有少量二氧化有利于抑制反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，維持CuO的量不變；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：逆、定、動(dòng)、變、等來回答判斷；
（4）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算CO轉(zhuǎn)化的濃度，求出轉(zhuǎn)化率；求出平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算平衡常數(shù)，與表中數(shù)據(jù)比較的到所需溫度；
（5）要提高CO（g）的轉(zhuǎn)化率，則平衡需向正方向移動(dòng)，根據(jù)影響平衡的因素分析；
（6）A、甲、丙相比較，把甲等效為開始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質(zhì)的量為甲的2倍，壓強(qiáng)增大，對(duì)于反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)；
B、由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化129kJ，甲、乙平衡狀態(tài)相同，令平衡時(shí)甲醇為nmol，計(jì)算反應(yīng)熱數(shù)值，據(jù)此判斷；
C、比較乙、丙可知，丙中甲醇的物質(zhì)的量為乙的2倍，壓強(qiáng)增大，對(duì)于反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)；
D、甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，據(jù)此判斷．

解答： 解：（1）已知①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-398.0kJ?mol^-1，
③2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1104.0kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律：①×

1

2

+②-③×

1

2

得：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H=-129.0 kJ?mol^-1；
故答案為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H=-129.0 kJ?mol^-1；
（2）在加熱條件下CO能還原CuO使其減少，因此反應(yīng)體系中含有少量二氧化有利于抑制反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，維持CuO的量不變，反應(yīng)方程式為CuO+CO?Cu+CO₂，
故答案為：CuO+CO?Cu+CO₂；
（3）A．反應(yīng)容器的體積不變，質(zhì)量守恒，所以混合氣體的密度始終不變，不能判斷平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量減少，氣體的質(zhì)量不變，所以混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量逐漸減小，當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變即是平衡狀態(tài)，故B正確；
C．CH₃OH（g）、CO（g）、H₂（g）的濃度都不再發(fā)生變化，即是平衡狀態(tài)，故C正確；
D．生成CH₃OH（g）為正速率，消耗CO（g）的也為正速率，均為正速率，二者相等，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BC；
（4）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.5mol?L^-1，
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃ OH（g）
起始量（mol/L）  1       3        0
變化量（mol/L） 0.5      1       0.5
平衡量（mol/L） 0.5      2       0.5
則CO（g）的轉(zhuǎn)化率為：

0.5

1

×100%=50%；
平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.5

0.5×22

=0.25；
對(duì)比圖表可知，反應(yīng)是在310°C達(dá)到的平衡，
故答案為：50%；310；
（5）A．已知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆移，CO的轉(zhuǎn)化率減小，故A錯(cuò)誤；
B．加入催化劑，平衡不移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率不變，故B錯(cuò)誤；
C．增加CO（g）的濃度，CO的轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；
D．加入H₂（g）加壓，平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；
E．分離出甲醇，則平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故E正確；
F．加入惰性氣體加壓，由于容器的體積不變，各反應(yīng)物的濃度不變，平衡不移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故F錯(cuò)誤；
故答案為：DE；
（6）A、甲、丙相比較，把甲等效為開始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質(zhì)的量為甲的2倍，壓強(qiáng)增大，對(duì)于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)，故2c₁＜c₃，故A錯(cuò)誤；
B、由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化129kJ，甲、乙平衡狀態(tài)相同，令平衡時(shí)甲醇為nmol，對(duì)于甲容器，a=129n，對(duì)于乙容器b=129（1-n），故a+b=129，故B正確；
C、比較乙、丙可知，丙中甲醇的物質(zhì)的量為乙的2倍，壓強(qiáng)增大，對(duì)于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)，故2p₂＞p₃，故C錯(cuò)誤；
D、甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正確；
故答案為：BD．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的計(jì)算、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)的計(jì)算與運(yùn)用以及等效平衡問題，難度較大，注意理解等效平衡問題．