Question

【題目】甲醇是一種很好的燃料，工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應(yīng)合成甲醇：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH

（1）判斷反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是(填字母序號， 下同)__________。

A．生成CH3OH的速率與消耗CO的速率相等

B．混合氣體的密度不變

C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

D．CH3OH、CO、H2的濃度都不再變化

（2）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 °C	300 °C	350 °C
K	2.041	0.270	0.012

①由表中數(shù)據(jù)判斷ΔH__________0(填”＞”“＜ “或”=“)；

②某溫度下，將2 mol CO和6 mol H2充入2 L 的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達到平衡時測得c(CO)=

0.2 mol L1，則CO的轉(zhuǎn)化率為_______，此時的溫度為______________。

（3）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是_______。

a．升溫 b．加入催化劑

c．增加CO的濃度 d．加入H2加壓

e．加入惰性氣體加壓 f．分離出甲醇

（4）300 °C，一定的壓強下，5mol CO與足量H2在催化劑的作用下恰好完全反應(yīng)變化的熱量為454kJ。在該溫度時，在容積相同的3個密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器		甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量		1 mol CO、 2 mol H2	1 mol CH3OH	2 mol CH3OH
平衡時數(shù)據(jù)	CH3OH的濃度 / (mol L1)	c1	c2	c3
	反應(yīng)的能量變化	a kJ	b kJ	c kJ
	體系壓強/ Pa	p1	p2	p3
	反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率	α1	α2	α3

下列說法正確的是_________。

A．2 c1>c3 B．a+b<90.8

C．2p2 <p3 D．α1 +α3<l

（5）為了尋找合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件， 某同學(xué)設(shè)計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在下面實驗設(shè)計表中。

實驗編號	T/℃	n(CO)/n(H2)	p/MPa
1	150	1/3	0.1
2	a	1/3	5
3	350	b	5

①則上表中剩余的驗條件數(shù)據(jù)a=_________，b=_________。

②根據(jù)反應(yīng)的特點，上圖是在壓強分別為0.1 MPa和5 MPa下CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線圖，請指明圖中的壓強px=_________MPa。

Answer 1

【答案】（1）CD （2）①＜ ②80% 250℃ （3）df （4）D （5）①150 1/3 ②0.1

【解析】（1）判斷化學(xué)反應(yīng)平衡狀態(tài)的基本依據(jù)是正、逆化學(xué)反應(yīng)速率相等。A選項，生成CH3OH的速率和消耗CO的速率均為正反應(yīng)速率，無法判斷正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系，錯誤；B選項，體系中氣體物質(zhì)的總質(zhì)量不變，體積不變，故密度不變，即反應(yīng)過程中密度恒定，錯誤；C選項，體系中氣體混合物的質(zhì)量不變，但反應(yīng)過程中混合氣體的物質(zhì)的量不斷變化，即平均相對分子質(zhì)量不變時，說明各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，正、逆反應(yīng)速率相等，C正確；D選項，各物質(zhì)的濃度不變時，說明正、逆反應(yīng)速率相等，D正確。

（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度升高，K減小，說明升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH＜0。②已知，起始時CO的濃度為：2mol/2L=l mol L1，H2的濃度為6 mol/2 L = 3 mol L1，平衡時CO的濃度為0.2 mol L1。故CO的濃度變化為1 mol L1 0.2mol L1=0.8 mol L1，CO的轉(zhuǎn)化率為(0.8 mol L1/1 mol L1)×100%=80%。

根據(jù)化學(xué)方程式計算：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

1 2 1

0.8 mol L1 2×0.8 mol L1

平衡時H2的濃度為c(H2)= 3 mol L1 2×0.8 mol L1 =1.4mol L1，平衡時CH3OH的濃度為c(CH3OH)= 0.8 mol·L1，K= (0.8 mol·L1 )/[(0.2 mol·L1)× (1.4 mol·L1)2]=2.04，與表中數(shù)握比較，得出反應(yīng)度為250 ℃。

（3）升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動，a錯誤；催化劑不改變平衡狀態(tài)，b錯誤；增加CO的濃度，平衡向正向移動，但CO增加部分的轉(zhuǎn)化率小于原CO的轉(zhuǎn)化率，故總轉(zhuǎn)化率減小，c錯誤；加入H2，H2的濃度增大，平衡向正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，d對；加入惰性氣體，各物質(zhì)的濃度不變，平衡不移動，e錯誤；分離出甲醇，生成物的濃度減小，平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，f對。

（4）A選項，丙容器的初始反應(yīng)物換算成CO和H2為2 mol CO 和4 mol H2，若甲、丙反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率相同，2c1=c3，由于丙的壓強大于甲的壓強，平衡正向移動，丙中CH3OH的轉(zhuǎn)化率大于甲，即2c1＜c3，選項錯誤；B選項，甲、乙兩平衡狀態(tài)相同，甲轉(zhuǎn)化放出的熱量和乙轉(zhuǎn)化吸收的熱量之和相當(dāng)于甲或乙全部轉(zhuǎn)化的熱量變化，即a+b=454 kJ/5=90.8kJ，選項錯誤；C選項，若乙、丙中甲醇的轉(zhuǎn)化率相同，2p2=p3，丙中壓強大，壓強增大，甲醇的轉(zhuǎn)化率減小，故2p2＞p3，選項錯誤；D選項，α1+α2 = 1，而α2＞α3，故α1+α3＜l，選項正確。

（5）顯然該同學(xué)通過“控制變量法”探究外界條件對化學(xué)平衡的影響，探究的前提只能是改變一個條件，而其他條件不變，由此可得出a = 150，b=l/3。由于題給反應(yīng)是一個氣體體積縮小的反應(yīng)，壓強越大，CO的轉(zhuǎn)化率也大，由此可得px=0.1 MPa。