Question

11．工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應合成甲醇
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
（1）判斷反應達到平衡狀態(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．混合氣體的相對平均分子質(zhì)量不變
D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
（2）如表所列數(shù)據(jù)是反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中數(shù)據(jù)判斷該反應的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）；
②某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應后，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，在容積相同的3個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器		甲	乙	丙
反應物投入量		1molCO、2molH2	1molCH3OH	2molCH3OH
平 衡 時 數(shù) 據(jù)	CH3OH的濃度（mol/L）	c1	c2	c3
	反應的能量變化	akJ	bkJ	ckJ
	體系壓強（Pa）	p1	p2	p3
	反應物轉(zhuǎn)化率	α1	α2	α3

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

Answer 1

分析 （1）當反應前后改變的物理量不變時該反應達到平衡狀態(tài)，據(jù)此判斷平衡狀態(tài)；
（2）①升高溫度化學平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向移動，則正反應是放熱反應；
 ②某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則：
             CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始濃度（mol）：1       3        0
變化濃度（mol）：0.8     1.6      0.8
平衡濃度（mol）：0.2     1.4      0.8
轉(zhuǎn)化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%，根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算平衡常數(shù)，進而判斷溫度；
（3）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以通過增大氫氣濃度、減小甲醇濃度、降低溫度、增大壓強等方法；
（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，令平衡時甲醇為nmol，計算反應熱數(shù)值，據(jù)此判斷；
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．無論反應所得達到平衡狀態(tài)都存在生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
B．反應前后氣體質(zhì)量不變、容器體積不變，所以無論反應是否達到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度始終不變，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
C．反應前后氣體的物質(zhì)的量減小，所以其相對平均分子質(zhì)量增大，當混合氣體的相對平均分子質(zhì)量不變時，該反應達到平衡狀態(tài)，故正確；
D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，正逆反應速率不變，反應達到平衡狀態(tài)，故正確；
故選CD；
（2）①升高溫度化學平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向移動，則正反應是放熱反應，則△H＜0，
故答案為：＜；
 ②某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則：
             CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始濃度（mol）：1      3         0
變化濃度（mol）：0.8    1.6       0.8
平衡濃度（mol）：0.2    1.4       0.8
CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.8mol}{1mol}$×100%=80%，平衡常數(shù)KK=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.042，故溫度為250℃，
故答案為：80%；250℃；
（3）a．升溫平衡逆向移動，則CO轉(zhuǎn)化率降低，故錯誤；
b．加入催化劑不影響平衡移動，CO轉(zhuǎn)化率不變，故錯誤；    
c．增加CO的濃度平衡正向移動但CO轉(zhuǎn)化率減小，故錯誤；
d．加入H₂加壓，平衡正向移動，CO轉(zhuǎn)化率增大，故正確；    
e．加入惰性氣體加壓，反應物濃度不變，平衡不移動，CO轉(zhuǎn)化率不變，故錯誤；    
f．分離出甲醇，平衡正向移動，CO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 本題考查化學平衡計算、化學平衡狀態(tài)判斷、化學平衡影響因素及等效平衡問題，難度較大，注意（4）題為易錯點、難點，注意理解等效平衡問題．