Question

9．工業(yè)上一般在恒容密閉容器中采用下列反應(yīng)合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H
（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）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．混合氣體的平均相對分子質(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平衡常數(shù)（K）

溫度	250℃	300℃	35℃
K	2.041	0.270	0.012

某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充人2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達到平衡時測得 c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%，此時的溫度為250℃．
（3）要提髙CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是df．
a．升溫b．加人催化劑 c．增加CO的濃度 d．加入H₂加壓e．加人惰性氣體加壓 f．分離出甲醇
（4）300℃時，在一定的壓強下，5mol CO與足量的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，按不同方式投人反應(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		1molCO 2molH2	2mol CH3OH	2mol CH3OH
平 均 數(shù) 據(jù)	CH3OH的濃度（mol/L）	c1	c2	c3
	反應(yīng)的能量變化	aKJ	bKJ	cKJ
	體系壓強	P1	P2	P3
	反轉(zhuǎn)化率應(yīng)物	a1	a2	a3

下列說法正確的是D  A.2c₁＞C₃ B．a(chǎn)+b＜90.8    C.2p₂＜p₃  D．a(chǎn)₁+a₃＜1．

Answer 1

分析 （1）可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
（2）轉(zhuǎn)化率=$\frac{已轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量}{起始的物質(zhì)的量}$×100%，根據(jù)平衡濃度計算出平衡常數(shù)來確定溫度；
（3）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，必須使可逆反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動；
（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，壓強增大，對于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動；
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，平衡時相同物質(zhì)的物質(zhì)的量相等，令平衡時甲醇為nmol，計算反應(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，壓強增大，對于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動；
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．無論反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)，生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率始終相等，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故錯誤；
B．混合物的質(zhì)量始終不變，容器的體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故錯誤；
C．反應(yīng)前后，混合氣體的物質(zhì)的量改變，氣體的質(zhì)量不變，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，混合氣體的相對平均分子質(zhì)量不變，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故正確；
D．反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故正確；
故選CD；
（2）平衡時一氧化碳的物質(zhì)的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，轉(zhuǎn)化率=$\frac{（1-0.4）mol}{2mol}$=80%，
         CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）單位為mol/L
反應(yīng)開始 1mol/L    3mol/L      0
反應(yīng)     0.8mol/L  1.6mol/L    0.8mol/L
平衡      0.2mol/L  1.4mol/L  0.8mol/L
平衡常數(shù)K=$\frac{0.8mol/L}{0.2mol/L×（1.4mol/L）^{2}}$=2.04，所以是250℃；
故答案為：80%；250℃；
（3）a．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，故錯誤；
b．催化劑對平衡移動無影響，故錯誤；
c．增加CO的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，但CO的轉(zhuǎn)化率降低，故錯誤；
d．加入H₂加壓，平衡向正反應(yīng)方向移動，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
e．加入惰性氣體加壓，參加反應(yīng)的氣體壓強不變，平衡不移動，故錯誤；
f．分離出甲醇，平衡向正反應(yīng)方向移動，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
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，壓強增大，對于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動，故2c₁＜c₃，故A錯誤；
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，令平衡時甲醇為nmol，對于甲容器，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，壓強增大，對于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動，故2p₂＞p₃，故C錯誤；
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．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學平衡的計算、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)的計算與運用以及等效平衡問題，難度較大，注意（4）題為易錯點、難點，注意理解等效平衡問題．