Question

4．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）
（1）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）CD．
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．混合氣體的相對(duì)平均分子質(zhì)量不變
D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
（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℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中數(shù)據(jù)判斷該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）；
②某溫度下，將2molCO和6mol H₂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）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%，此時(shí)的溫度為250℃．
（3）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是df．
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）一定條件下，CO與H₂在催化劑的作用下生成5molCH₃OH的能量變化為454kJ．在該溫度時(shí)，在容積相同的3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 時(shí) 數(shù) 據(jù)	CH3OH的濃度（mol/L）	c1	c2	c3
	反應(yīng)的能量變化	a kJ	b kJ	c kJ
	體系壓強(qiáng)（Pa）	p1	p2	p3
	反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	α1	α2	α3

下列說(shuō)法正確的是D．
A.2c₁＞c₃ B．a(chǎn)+b＜90.8   C.2p₂＜p₃ D．α₁+α₃＜1．

Answer 1

分析 （1）可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說(shuō)明到達(dá)平衡；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)；
②充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，其物質(zhì)的量為2L×0.2mol/L=0.4mol，則：
            CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始量（mol）：2      6         0
變化量（mol）：1.6    3.2       1.6
平衡量（mol）：0.4    2.8       1.6
CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗CO物質(zhì)的量}{CO起始物質(zhì)的量}$×100%；根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)，進(jìn)而判斷溫度；
（3）a．升溫平衡逆向移動(dòng)；
b．加入催化劑不影響平衡移動(dòng)；
c．增加CO的濃度，CO轉(zhuǎn)化率減�。�
d．加入H₂加壓，平衡正向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大；
e．加入惰性氣體加壓，恒溫恒容下平衡不移動(dòng)；
f．分離出甲醇，平衡正向移動(dòng)；
（4）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)；
B．由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化為$\frac{454kJ}{5}$=90.8kJ，甲、乙平衡狀態(tài)相同，平衡時(shí)相同物質(zhì)的物質(zhì)的量相等，令平衡時(shí)甲醇為nmol，計(jì)算反應(yīng)熱數(shù)值；
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)；
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．

解答 解：（1）A．生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進(jìn)行，故A錯(cuò)誤；
B．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體的始終密度不變，故B錯(cuò)誤；
C．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量減小，平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，混合氣體的相對(duì)平均分子質(zhì)量不變，說(shuō)明到達(dá)平衡，故C正確；
D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，說(shuō)明到達(dá)平衡，故D正確，
故選：CD；
（2）①由表數(shù)據(jù)可知，溫度升高，平衡常數(shù)減小，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向放熱反應(yīng)，即△H₁＜0，故答案為：＜；
②充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，其物質(zhì)的量為2L×0.2mol/L=0.4mol，則：
             CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始量（mol）：2        6          0
變化量（mol）：1.6      3.2       1.6
平衡量（mol）：0.4      2.8       1.6
CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{1.6mol}{2mol}$×100%=80%，
此時(shí)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{1.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{2.8}{2}）^{2}}$≈2.041，所以溫度為250℃，
故答案為：80%；250℃；
（3）a．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率減小，故a錯(cuò)誤；
b．加入催化劑加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率不變，故b錯(cuò)誤；
c．增加CO的濃度，CO轉(zhuǎn)化率減小，故c錯(cuò)誤；
d．加入H₂加壓，平衡正向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，故d正確；
e．加入惰性氣體加壓，恒溫恒容下平衡不移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率不變，故e錯(cuò)誤；
f．分離出甲醇，平衡正向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，故f正確，
故選：df；
（4）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的能量變化為$\frac{454kJ}{5}$=90.8kJ，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=90.8n，等于乙容器b=90.8（1-n），故a+b=90.8，故B錯(cuò)誤；
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：D．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡的計(jì)算與影響因素、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(wèn)題，難度較大，（4）題為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，注意理解等效平衡問(wèn)題．