Question

15．工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0.500℃，5MPa條件下，將0.20mol CO與0.58mol H₂的混合氣體充入2L恒容密閉容器發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中甲醇的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化如圖所示
（1）利用△H-T△S判斷，該反應(yīng)在低溫條件下自發(fā)進(jìn)行（填“高溫”“低溫”、或“任何溫度”）．
（2）計(jì)算500℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=4．CO 的平衡轉(zhuǎn)化率為20%．
（3）下列措施可增大甲醇產(chǎn)率的是AD．
A．壓縮容器體積                   B．將CO（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大   D．再充入0.20mol CO和0.58mol H₂
（4）可判斷可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是CD．
A．v_正（CO）=2v_逆（H₂）         
B．混合氣體的密度不變
C．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
D．容器中CO、H₂、CH₃OH的物質(zhì)的量之比為1：2：1
E．混合氣體壓強(qiáng)不再隨時(shí)間變化而變化
（5）若其它條件不變，使反應(yīng)在300℃下進(jìn)行，在上圖中作出甲醇的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化的示意圖．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)△H-T△S＜0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，結(jié)合方程式分析即可；
（2）500℃，5MPa條件下，將0.20mol CO與0.58mol H₂的混合氣體充入2L恒容密閉容器發(fā)生反應(yīng)，圖象中達(dá)到平衡狀態(tài)甲醇濃度為0.02mol/L，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．
起始量（mol/L） 0.10     0.29      0
變化量（mol/L） 0.02     0.04     0.02
平衡量（mol/L） 0.08     0.25     0.02
平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（3）結(jié)合影響平衡移動(dòng)的因素，使平衡正向移動(dòng)即可；
（4）化學(xué)平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分濃度保持不變分析選項(xiàng)；
（5）結(jié)合影響反應(yīng)速率和影響平衡移動(dòng)的因素解答，溫度降低，反應(yīng)速率減慢，達(dá)到平衡時(shí)間長(zhǎng)．正反應(yīng)放熱，降溫時(shí)平衡正向移動(dòng)，平衡時(shí)甲醇濃度比500℃高，據(jù)此繪制變化圖象．

解答 解：（1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，300℃，該反應(yīng)的反應(yīng)物有3mol氣體，生成物有1mol氣體，所以△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行△H-T△S＜0，故低溫下滿(mǎn)足△H-T△S＜0，
故答案為：低溫；
（2）500℃，5MPa條件下，將0.20mol CO與0.58mol H₂的混合氣體充入2L恒容密閉容器發(fā)生反應(yīng)，圖象中達(dá)到平衡狀態(tài)甲醇濃度為0.02mol/L，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．
起始量（mol/L） 0.10     0.29      0
變化量（mol/L） 0.02     0.04     0.02
平衡量（mol/L） 0.08     0.25     0.02
平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$=$\frac{0.02}{0.08×0.2{5}^{2}}$=4，
CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.02mol/L}{0.10mol/L}$=20%，
故答案為：4，20%；
（3）A、對(duì)于反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應(yīng)物氣體體積大于生成物，壓縮容器體積時(shí)，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，可增加甲醇產(chǎn)率，A正確；
B、分離出CO，平衡逆向移動(dòng)可減少甲醇產(chǎn)率，故B錯(cuò)誤；
C、充入He，不影響各氣體的分壓，平衡不移動(dòng)，不能增加甲醇產(chǎn)率，故C錯(cuò)誤；
D、體積不變，再充入0.20mol CO和0.58mol H₂反應(yīng)物氣體，平衡正向移動(dòng)，可增加甲醇產(chǎn)率，故D正確．
故選AD；
故答案為：AD；
（4）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是正逆反應(yīng)速率相同，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反應(yīng)是氣體體積較小的放熱反應(yīng)，
A．2v_正（CO）=v_逆（H₂）說(shuō)明氫氣正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，v_正（CO）=2v_逆（H₂）不能說(shuō)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，容器體積不變，反應(yīng)過(guò)程中密度不變，混合氣體的密度不變不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減小，質(zhì)量守恒，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量增大，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．容器中CO、H₂、CH₃OH的物質(zhì)的量之比為1：2：1，符合反應(yīng)之比，但不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，故D錯(cuò)誤；
E．發(fā)邀請(qǐng)函氣體物質(zhì)的量發(fā)生變化，當(dāng)混合氣體壓強(qiáng)不再隨時(shí)間變化而變化說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故E正確；
故答案為：CE；
（5）溫度降低，反應(yīng)速率減慢，達(dá)到平衡時(shí)間長(zhǎng)．正反應(yīng)放熱，降溫時(shí)平衡正向移動(dòng)，平衡時(shí)甲醇濃度比500℃高，可得右圖：，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡三段式計(jì)算，平衡標(biāo)志的分析判斷，恒溫恒容容器，恒溫恒壓容器的分析判斷是解題關(guān)鍵，氣體壓強(qiáng)之比和物質(zhì)的量之比成正比例，題目難度中等．