Question

5．CO可用于合成甲醇，化學(xué)方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．

（1）圖1是CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線．
①該反應(yīng)的焓變△H＜（填“＞”、“＜”或“=”）0．
②T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁＞（填“＞”、“＜”或“=”）K₂．在T₁溫度下，往體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO和2mol H₂，經(jīng)測(cè)得CO和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為12．
③若容器容積不變，下列措施可增加CO轉(zhuǎn)化率的是b（填字母）．
a．升高溫度          b．將CH₃OH（g）從體系中分離
c．使用合適的催化劑    d．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大
（2）在容積為1L的恒容容器中，分別研究在230℃、250℃和270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律．如圖3是上述三種溫度下H₂和CO的起始組成比（起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為1mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，則曲線z對(duì)應(yīng)的溫度是270℃；該溫度下上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為4．曲線上a、b、c點(diǎn)對(duì)應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)分別為K₁、K₂、K₃，則K₁、K₂、K₃的大小關(guān)系為K₁═K₂＜K₃．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響來回答，先拐先平溫度高T₂＞T₁，CO轉(zhuǎn)化率減小，說明升溫平衡逆向進(jìn)行；
②溫度對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的影響和反應(yīng)的吸放熱有關(guān)，平衡逆向進(jìn)行平衡常數(shù)減小；計(jì)算平衡濃度得到平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
③化學(xué)平衡正向移動(dòng)可增加甲醇產(chǎn)率；
（2）正反應(yīng)放熱，則升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率降低；計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，結(jié)合平衡常數(shù)的定義進(jìn)行計(jì)算；平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高K越小．

解答 解：（1）①反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）中，反應(yīng)向右進(jìn)行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，溫度升高，化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行，根據(jù)圖中的信息可以知道先拐先平溫度高：T₂＞T₁，溫度越高CO轉(zhuǎn)化率越小，說明升溫平衡逆向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，
故答案為：＜；
②對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度越高，平衡逆向進(jìn)行化學(xué)平衡常數(shù)越小，因?yàn)閳D象分析可知T₂＞T₁，所以K₁＞K₂，在T₁溫度下，往體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO和2mol H₂，經(jīng)測(cè)得CO和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示，平衡狀態(tài)下CO濃度為0.25mol/L，CH₃OH（g）平衡濃度為0.75mol/L，平衡三行計(jì)算列式得到，
                             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）   1                 2                     0
變化量（mol/L） 0.75             1.5                 0.75
平衡量（mol/L）  0.25            0.5                 0.75
K=$\frac{0.75}{0.25×0．{5}^{2}}$=12
故答案為：＞；12；
③a、若容器容積不變，升高溫度，反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）平衡逆向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率降低，故a錯(cuò)誤；
b、將CH₃OH（g）從體系中分離，反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）平衡正向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率增大，故b正確；
c、使用合適的催化劑不會(huì)引起化學(xué)平衡的移動(dòng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故c錯(cuò)誤；
d、若容器容積不變，充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，單質(zhì)各組分的濃度不變，化學(xué)平衡不移動(dòng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故d錯(cuò)誤；
故答案為：b；
（2）根據(jù)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，所以曲線Z為270℃，
由圖象可知當(dāng)270℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，n（H₂）：n（CO）=1.5，則
                      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始（mol/L） 1             1.5               0
轉(zhuǎn)化（mol/L） 0.5           1               0.5
平衡（mol/L） 0.5         0.5                0.5
K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×0.5×0.5}$=4，
曲線上a、b是等溫，溫度高于c點(diǎn)的溫度，所以K₁═K₂＜K₃，
故答案為：270；4；K₁═K₂＜K₃．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道關(guān)于化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡的移動(dòng)影響因素、平衡狀態(tài)的判斷方法、化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的計(jì)算和應(yīng)用等方面的知識(shí)，側(cè)重于影響平衡移動(dòng)及平衡常數(shù)的因素的考查，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，題目難度中等．