Question

19．工業(yè)上通常采用CO（g）和H₂（g）催化合成甲醇CH₃OH（g）．
（1）在一定溫度和壓強(qiáng)下，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-128.8kJ/mol．若將10a mol CO和20a mol H₂放入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后測得CO的轉(zhuǎn)化率為60%，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為$\frac{3}{32{a}^{2}}$（用含a的代數(shù)式表示）．
若此時(shí)再向該容器中投入10a mol CO、20a mol H₂和10a mol CH₃OH（g），判斷平衡移動(dòng)的方向是正向移動(dòng)（填“正向移動(dòng)”、“逆向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”）；
與原平衡相比，CO的物質(zhì)的量濃度增大（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（2）判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是BE（填字母序號(hào)）．
A．混合氣體的密度不變
B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
C．2v_逆（H₂）=v_正（CO）
D．容器內(nèi)CO、H₂、CH₃OH的濃度之比為1：2：1
E．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
（3）一定條件下，在容積相同的三個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如表：

容器		甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量		1 mol CO、 2 mol H2	1 mol CH3OH	2 mol CH3OH
平衡 時(shí)數(shù) 據(jù)	反應(yīng)能量變化的絕對(duì)值（kJ）	a	b	c
	反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	α1	α2	α3

則a+b=128.8；α₁+α₃＜1（填“＜”、“＞”或“=”，）．

Answer 1

分析 （1）開始時(shí)c（CO）=$\frac{10amol}{2L}$=5amol/L、c（H₂）=$\frac{20amol}{2L}$=10amol/L，反應(yīng)的c（CO）=5amol/L×60%=3amol/L，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-128.8kJ/mol
開始（mol/L）5a        10a             0
反應(yīng)（mol/L）3a         6a             3a
平衡（mol/L）2a         4a            3a
該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
此時(shí)c（CO）=2amol/L+$\frac{10amol}{2L}$=7amol/L、c（H₂）=4amol/L+$\frac{20amol}{2L}$=14amol/L、c（CH₃OH）=3amol/L+$\frac{10amol}{2L}$=8amol/L，濃度商=$\frac{8a}{7a×（14a）^{2}}$，根據(jù)濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)相對(duì)大小確定反應(yīng)方向；從而確定CO濃度變化；
（2）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；  
（3）甲、乙是等效平衡，丙等效為在乙的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，
生成1molCH₃OH的能量變化為128.8kJ，甲、乙平衡狀態(tài)相同，令平衡時(shí)甲醇為nmol，計(jì)算反應(yīng)熱數(shù)值；
甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，比較乙、丙可知，丙中甲醇的物質(zhì)的量為乙的2倍，壓強(qiáng)增大，對(duì)于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)．

解答 解：（1）開始時(shí)c（CO）=$\frac{10amol}{2L}$=5amol/L、c（H₂）=$\frac{20amol}{2L}$=10amol/L，反應(yīng)的c（CO）=5amol/L×60%=3amol/L，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-128.8kJ/mol
開始（mol/L）5a        10a             0
反應(yīng)（mol/L）3a         6a             3a
平衡（mol/L）2a         4a            3a
該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{3a}{2a×（4a）^{2}}$=$\frac{3}{32{a}^{2}}$；
此時(shí)c（CO）=2amol/L+$\frac{10amol}{2L}$=7amol/L、c（H₂）=4amol/L+$\frac{20amol}{2L}$=14amol/L、c（CH₃OH）=3amol/L+$\frac{10amol}{2L}$=8amol/L，濃度商=$\frac{8a}{7a×（14a）^{2}}$=$\frac{2}{343{a}^{2}}$＜$\frac{3}{32{a}^{2}}$，所以平衡正向移動(dòng)，但再次達(dá)到平衡濃度大于原來平衡濃度，
故答案為：$\frac{3}{32{a}^{2}}$；正向移動(dòng)；增大；
（2）A．反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變、容器體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后氣體的總質(zhì)量不變但物質(zhì)的量減小，所以反應(yīng)前后混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量增大，當(dāng)混合氣體相對(duì)分子質(zhì)量不變時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)發(fā)達(dá)平衡狀態(tài)，故B正確；
C．v_逆（H₂）=2v_正（CO）時(shí)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，所以2v_逆（H₂）=v_正（CO）時(shí)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．容器內(nèi)CO、H₂、CH₃OH的濃度之比為1：2：1時(shí)該反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，與反應(yīng)初始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故C錯(cuò)誤；
E．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故E正確；
故選BE；  
（3）甲、乙是等效平衡，丙等效為在乙的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，
生成1molCH₃OH的能量變化為128.8kJ，甲、乙平衡狀態(tài)相同，令平衡時(shí)甲醇為nmol，對(duì)于甲容器，a=128.8n，等于乙容器b=128.8（1-n），故a+b=128.8；
甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，比較乙、丙可知，丙中甲醇的物質(zhì)的量為乙的2倍，壓強(qiáng)增大，對(duì)于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)，所以α₁+α₃＜1，
故答案為：128.8；＜．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，明確各個(gè)物理量關(guān)系及變化是解本題關(guān)鍵，注意“（1）第三問中平衡正向移動(dòng)但加入的CO物質(zhì)的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反應(yīng)的CO物質(zhì)的量，導(dǎo)致平衡時(shí)CO濃度增大“，注意（3）題等效平衡構(gòu)建，為易錯(cuò)點(diǎn)及難點(diǎn)．