Question

4．甲醇是重要的化工原料和清潔液體燃料．工業(yè)上可利用CO或CO₂來生產(chǎn)甲醇．甲醇制備的相關(guān)信息如表：

化學(xué)反應(yīng)及平衡常數(shù)		平衡常數(shù)數(shù)值
		500℃	800℃
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）	K1	2.5	0.15
②H2（g）+CO2（g）?H2O（g）+CO（g）	K2	1.0	2.50
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	K3	2.5	0.375

（l）反應(yīng)①是放熱反應(yīng)（選填“吸熱”“放熱”．
（2）請寫出反應(yīng)③的平衡常數(shù)表達(dá)式K₃=K₁•K₂（用K₁、K₂表）．
（3）若某溫度下反應(yīng)①從開始到平衡CO和CH₃OH的濃度變化如圖一所示，則用H₂濃度變化表示此段時(shí)間內(nèi)該反應(yīng)的平均速υ（H₂）=0.15mol/（L•min），若某溫度下反應(yīng)①中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強(qiáng)（P）的關(guān)系如圖二所示，則平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，平衡常數(shù)K_（A）=K_（B）（填“＞”、“＜”、“=”）．

（4）一定溫度下，在體積固定的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，可判斷該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的是D
A．容器中總壓強(qiáng)不變      
B．混臺氣體的平均摩爾質(zhì)量不變
C．混合氣體的密度不變     
D．CO₂（g）或CO（g）的濃度不變．

Answer 1

分析 （1）分析圖表數(shù)據(jù)，反應(yīng)①平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)概念和表達(dá)式計(jì)算分析得到關(guān)系；
（3）根據(jù)甲醇的濃度變化計(jì)算出反應(yīng)速率，利用計(jì)量數(shù)之比等于反應(yīng)速率之比，得到答案；平衡常數(shù)隨溫度變化；
（4）依據(jù)化學(xué)平衡標(biāo)志分析判斷，正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變分析選項(xiàng)．

解答 解：（1）分析圖表數(shù)據(jù)，反應(yīng)①平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)．
故答案為：放熱．
（2）K₁=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c^2（{H}_{2}）•c（CO）}$，K₂=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（CO）}{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}$，K₃=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c^3（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}$=K₁•K₂．
故答案為：K₁•K₂．
（3）甲醇濃度變化為0.75mol/L，反應(yīng)速率為$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，則氫氣反應(yīng)速率為甲醇反應(yīng)速率的3倍，故氫氣的反應(yīng)速率為：2×0.075mol/（L•min）=0.15mol/（L•min），若某溫度下反應(yīng)①中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強(qiáng)（P）的關(guān)系如圖二所示，則平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強(qiáng)變化．則平衡常數(shù)K_（A）=K_（B）；
故答案為：0.15mol/（L•min）；=；
（4）H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g），反應(yīng)是氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，
A．反應(yīng)前后氣體體積不變，容器中總壓強(qiáng)不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，物質(zhì)的量不變，混臺氣體的平均摩爾質(zhì)量始終不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量體積不變，混合氣體的密度不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．CO₂（g）或CO（g）的濃度不變是平衡標(biāo)志，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故選D．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡影響因素，平衡常數(shù)計(jì)算分析判斷，電解質(zhì)溶液中電荷守恒分析，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．