Question

16．工業(yè)上一般在恒容密閉容器中采用下列反應(yīng)合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
（1）判斷反應(yīng)達(dá)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．混合氣體的平均相對分子質(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(yīng)在不同溫度下的化學(xué)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△H＜（填“＞”、“=”或“＜”）0；
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時(shí)測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%，此時(shí)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）300℃時(shí)，在一定的壓強(qiáng)下，5mol CO與足量的H₂在催化劑的作用下恰好完全反應(yīng)變化的熱量為454kJ．在該溫度時(shí)，在容積相同的3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)如下：

容器		甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量		1mol CO、2mol H2	1mo l CH3OH	2mol CH3OH
平衡時(shí)數(shù)據(jù)	CH3OH的 濃度（mol/L）	c1	c2	c3
	反應(yīng)的能量變化	a kJ	b kJ	c kJ
	體系壓強(qiáng)（Pa）	p1	p2	p3
	反應(yīng)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）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
（2）①升高溫度，可逆反應(yīng)向吸熱反應(yīng)方向移動，根據(jù)平衡常數(shù)與溫度變化關(guān)系確定焓變；
②轉(zhuǎn)化率=$\frac{n（CO）反應(yīng)}{n（CO）起始量}$，根據(jù)平衡濃度計(jì)算出平衡常數(shù)來確定溫度；
（3）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，必須使可逆反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動；
（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(qiáng)增大，對于反應(yīng)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，平衡時(shí)相同物質(zhì)的物質(zhì)的量相等，令平衡時(shí)甲醇為nmol，計(jì)算反應(yīng)熱數(shù)值；
C．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，對于反應(yīng)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(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率始終相等，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故錯(cuò)誤；
B．混合物的質(zhì)量始終不變，容器的體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)前后，混合氣體的物質(zhì)的量改變，氣體的質(zhì)量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，混合氣體的相對平均分子質(zhì)量不變，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故正確；
D．反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故正確；
故選CD，
故答案為：CD；
（2）①升高溫度，平衡向吸熱方向移動，根據(jù)表格知，溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：＜；
②平衡時(shí)一氧化碳的物質(zhì)的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，轉(zhuǎn)化率=$\frac{n（CO）反應(yīng)}{n（CO）起始量}$=$\frac{（1-0.4）mol}{2mol}$×100%=80%，
         CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）單位為mol/L
反應(yīng)開始 1mol/L    3mol/L      0
反應(yīng)     0.8mol/L  1.6mol/L    0.8mol/L
平衡      0.2mol/L  1.4mol/L  0.8mol/L
平衡常數(shù)K=$\frac{0.8mol/L}{2mol/L×（1.4mol/L）^{2}}$=2.04，所以是250℃；
故答案為：80%；250℃；
（3）A．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，故A錯(cuò)誤；
B．催化劑對平衡移動無影響，故B錯(cuò)誤；
C．增加CO的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，但CO的轉(zhuǎn)化率降低，故C錯(cuò)誤；
D．加入H₂加壓，平衡向正反應(yīng)方向移動，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；
E．加入惰性氣體加壓，參加反應(yīng)的氣體壓強(qiáng)不變，平衡不移動，故E錯(cuò)誤；
F．分離出甲醇，平衡向正反應(yīng)方向移動，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，故F正確；
故答案為：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(qiáng)增大，對于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動，故2c₁＜c₃，故A錯(cuò)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，平衡時(shí)相同物質(zhì)的物質(zhì)的量相等，令平衡時(shí)甲醇為nmol，對于甲容器，a=90.8n，對應(yīng)乙容器b=90.8（1-n），故a+b=90.8，故B錯(cuò)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(qiáng)增大，對于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動，故2p₂＞p₃，故C錯(cuò)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(diǎn)評 本題考查了影響化學(xué)平衡移動的因素、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)的計(jì)算、等效平衡問題等知識點(diǎn)，易錯(cuò)選項(xiàng)是（3）C，注意理解等效平衡問題、加入CO雖然能使平衡向正反應(yīng)方向移動，但一氧化碳的轉(zhuǎn)化率降低，為易錯(cuò)點(diǎn)，題目難度中等，