Question

20．工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）△H=-116kJ/mol
（1）該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K表達(dá)式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；溫度升高，平衡常數(shù)K減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
（2）下列措施中有利于增大該反應(yīng)的反應(yīng)速率且提高轉(zhuǎn)化率的是d（填字母序號(hào)）．
a．隨時(shí)將CH₃OH與反應(yīng)混合物分離       
b．降低反應(yīng)溫度
c．使用高效催化劑                   
d．增大體系壓強(qiáng)
（3）一定條件下，將1 mol CO與3 mol H₂的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇，平衡后將容器的容積壓縮到原來(lái)的$\frac{1}{2}$，其他條件不變，對(duì)平衡體系產(chǎn)生的影響是cd（填字母序號(hào)）．
a．c （ H₂ ）減少                
b．正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率減慢
c．CH₃OH 的物質(zhì)的量增加        
d．重新平衡$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$減小
（4）一定溫度下，向1L密閉容器中加入1molCH₃OH（g）使其分解，測(cè)得氣體CO的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖1所示．則0～2min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.1mol/（L．min）．
（5）在密閉容器中充有1mol CO與2 mol H₂，在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇，CO的轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、壓強(qiáng)（P）的關(guān)系如圖2所示．
①若A、C兩點(diǎn)分別表示達(dá)到的平衡狀態(tài)．則自反應(yīng)開(kāi)始達(dá)到平衡狀態(tài)所需要的時(shí)間t_A大于t_C（填“大于”、“小于”或“等于”）
②若A點(diǎn)時(shí)容器的體積為1L，該溫度下A點(diǎn)的平衡常數(shù)K=1 L²•mol^-2．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小；
（2）升高溫度、增大物質(zhì)濃度、增大壓強(qiáng)、使用催化劑等可以加快反應(yīng)速率，要提高轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡正向移動(dòng)；
（3）a．體積壓縮，平衡時(shí)各組分的濃度均增大；
b．體積壓縮，壓強(qiáng)增大，正逆反應(yīng)速率都增大；
c．體積壓縮，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)；
d．體積壓縮，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，氫氣物質(zhì)的量減小，甲醇物質(zhì)的量增大；
（4）2min到達(dá)平衡，生成CO為0.1mol，根據(jù)方程式可知生成氫氣為0.2mol，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（H₂）；
（5）①溫度越高，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時(shí)間越短；
②A點(diǎn)時(shí)容器的體積為1L，CO轉(zhuǎn)化率為0.5，消耗CO為0.5mol，則：
                CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始濃度（mol/L）：1        2          0
變化濃度（mol/L）：0.5      1          0.5
平衡濃度（mol/L）：0.5     1          0.5
再根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)．

解答 解：（1）CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減��；
故答案為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；減�。�
（2）a．隨時(shí)將CH₃OH與反應(yīng)混合物分離，平衡正向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率增大，但反應(yīng)速率減慢，故a錯(cuò)誤；
b．降低反應(yīng)溫度，平衡正向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率增大，但反應(yīng)速率減慢，故b錯(cuò)誤；
c．使用高效催化劑，加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率不變，故c錯(cuò)誤；
d．增大體系壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，平衡正向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率增大，故d正確，
故選：d；
（3）a．體積壓縮，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)不變，則平衡時(shí)各組分的濃度均增大，故a錯(cuò)誤；
b．體積壓縮，壓強(qiáng)增大，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)速率增大更多，故b錯(cuò)誤；
c．體積壓縮，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，CH₃OH 的物質(zhì)的量增加，故c正確；
d．體積壓縮，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，氫氣物質(zhì)的量減小，甲醇物質(zhì)的量增大，重新平衡$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$減小
，故d正確，
故選：cd；
（4）2min到達(dá)平衡，生成CO為0.1mol，根據(jù)方程式可知生成氫氣為0.2mol，則v（H₂）=$\frac{\frac{0.2mol}{1L}}{2min}$=0.1mol/（L．min），
故答案為：0.1mol/（L．min）；
（5）①溫度A＜C，溫度越高，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時(shí)間越短，到平衡狀態(tài)所需要的時(shí)間t_A＞t_C，
故答案為：大于；
②A點(diǎn)時(shí)容器的體積為1L，CO轉(zhuǎn)化率為0.5，消耗CO為0.5mol，則：
                CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始濃度（mol/L）：1        2          0
變化濃度（mol/L）：0.5      1         0.5
平衡濃度（mol/L）：0.5     1         0.5
故平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5mol/L}{0.5mol/L×（1mol/L）^{2}}$=1 L²•mol^-2，
故答案為：1 L²•mol^-2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算及影響因素、化學(xué)平衡圖象等，理解掌握平衡移動(dòng)原理．