Question

5．某溫度，將2molCO與5molH₂的混合氣體充入容積為2L的密閉容器中，在催化劑的作用下發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；經過5min后，反應達到平衡，此時轉移電子6mol．
（1）該反應的平衡常數為3，若保持體積不變，再充入2molCO和1.5molCH₃OH，此時v（正）v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）在其它條件不變的情況下，再增加2molCO與5molH₂，達到新平衡時，CO的轉化率：增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）下列不能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是c d．
a．CH₃OH的質量不變      b．混合氣體的平均相對分子質量不再改變
c．v_逆（CO）=2v_正（H₂）  d．混合氣體的密度不再發(fā)生改變
（4）在一定壓強下，容積為VL的容器充入amolCO與2amolH₂，在催化劑作用下反應生成甲醇，平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示：則P₁小于P₂（填“大于”、“小于”或“等于”，下同）；該反應在低溫
（填“高溫”或“低溫”）下能自發(fā)進行．
（5）能使該反應的反應速率增大，且平衡向正反應方向移動的是c．
a．及時分離除CH₃OH氣體           b．適當升高溫度
c．增大H₂的濃度                  d．選擇高效催化劑．

Answer 1

分析 （1）某溫度，將2molCO與5molH₂的混合氣體充入容積為2L的密閉容器中，經過5min后，反應達到平衡，依據化學方程式可知轉移電子4mol消耗CO物質的量為1mol，則此時轉移電子6mol，消耗CO物質的量=$\frac{6mol}{4mol}$×1mol=1.5mol，結合化學平衡三段式列式計算
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 2 5 0
變化量（mol） 1.5 3 1.5
平衡量（mol）0.5 2 1.5
平衡濃度c（CO）=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L，c（H₂）=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{1.5mol}{2L}$0.75mol/L
平衡常數K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
若保持體積不變，再充入2molCO和1.5molCH₃OH，計算此時濃度商Qc和平衡常數大小比較判斷平衡的進行方向；
（2）在其它條件不變的情況下，再增加2molCO與5molH₂，相當于增大壓強，平衡正向進行；
（3）反應是氣體體積減小的放熱反應，反應達到平衡的標志是正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，分析選項中變量不變說明反應達到平衡狀態(tài)，否則不能達到平衡；
（4）相同溫度下，同一容器中，增大壓強，平衡向正反應方向移動，則CO的轉化率增大，反應自發(fā)進行的判斷依據是△H-T△S＜0，滿足此關系，分析反應的焓變和熵變大小分析判斷；
（5）根據化學反應速率和化學平衡的影響因素進行判斷，
A．及時分離除CH₃OH，減少生成物濃度速率減小，平衡正向進行；
B．升高溫度，平衡逆向移動，故速率增大；
C．增大H₂的濃度，反應物濃度增大化學反應速率加快，平衡正向移動；
D．催化劑改變化學反應速率，平衡不移動．

解答 解：（1）某溫度，將2molCO與5molH₂的混合氣體充入容積為2L的密閉容器中，經過5min后，反應達到平衡，依據化學方程式可知轉移電子4mol消耗CO物質的量為1mol，則此時轉移電子6mol，消耗CO物質的量=$\frac{6mol}{4mol}$×1mol=1.5mol，結合化學平衡三段式列式計算
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 2 5 0
變化量（mol） 1.5 3 1.5
平衡量（mol）0.5 2 1.5
平衡濃度c（CO）=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L，c（H₂）=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{1.5mol}{2L}$0.75mol/L
平衡常數K=$\frac{0.75}{0.25×1{\;}^{2}}$=3；
若保持體積不變，再充入2molCO和1.5molCH₃OH，計算此時濃度商Qc=$\frac{\frac{（1.5+1.5）mol}{2L}}{\frac{（0.5+2）mol}{2L}×（1mol/L）{\;}^{2}}$=1.2＜3
說明平衡正向進行，此時v（正）＞v（負）；
故答案為：3；＞；
（2）在其它條件不變的情況下，再增加2molCO與5molH₂，相當于增大壓強，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應是氣體體積減小的反應，平衡正向進行，一氧化碳的轉化率增大；
故答案為：增大；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反應是氣體體積減小的放熱反應，反應達到平衡的標志是正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，分析選項中變量不變說明反應達到平衡狀態(tài)；
a．CH₃OH的質量不變，物質的量不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故a不符合；
b．反應前后氣體質量不變，反應前后氣體物質的量變化，當混合氣體的平均相對分子質量不再改變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故b不符合；
c．反應速率之比等于化學方程式計量數之比，屬于正反應速率之比，2v_正（CO）=v_正（H₂），當滿足2v_逆（CO）=v_正（H₂）說明氫氣的正逆反應速率相同，反應達到平衡狀態(tài)，但v_逆（CO）=2v_正（H₂）不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故c符合；
d．反應前后氣體質量不變，容器體積不變，混合氣體的密度始終不發(fā)生改變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故d符合；
故答案為：c d；
（4）相同溫度下，同一容器中，增大壓強，平衡向正反應方向移動，則CO的轉化率增大，根據圖象知，p₁小于p₂，溫度升高一氧化碳轉化率減小，說明升溫平衡逆向進行，逆反應為吸熱反應，正反應為放熱反應，△H＜0，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）反應是氣體體積減小的反應，△S＜0，反應自發(fā)進行的判斷依據是△H-T△S＜0，滿足此關系低溫下能自發(fā)進行；
故答案為：小于；低溫；
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反應是氣體體積減小的放熱反應，采取下列措施，其中能使該反應的反應速率增大，且平衡向正反應方向移動；
a．及時分離除CH₃OH，減少生成物濃度，平衡正向進行，但反應速率減小，故錯誤；
b．升高溫度，平衡逆向移動，故錯誤；
c．增大H₂的濃度，化學反應速率加快，平衡正向移動，故正確；
d．選擇高效催化劑，化學反應速率加快，平衡不移動，故錯誤，
故答案為：c．

點評 本題考查了化學平衡影響因素，反應速率、平衡常數概念計算應用，化學平衡標志的分析判斷，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．