Question

在恒溫恒容的密閉容器中，工業(yè)上常用反應(yīng)①制備甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁＜0；其中的原料氣常用反應(yīng)②來制備：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₂．根據(jù)題意完成下列各題：
（1）判斷反應(yīng)①達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是

 

（填字母）．
a．CO體積分?jǐn)?shù)保持不變      
b．CO和CH₃OH濃度相等
c．容器中氣體的壓強(qiáng)不變     
d．CH₃OH的生成速率與CO的消耗速率相等
e．容器中混合氣體的密度保持不變
（2）欲提高反應(yīng)①CO中的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是

 

（填字母）．
a．向裝置中再充入N₂   
b．升高溫度
c．改變反應(yīng)的催化劑         
d．向裝置中再充入H₂
（3）一定條件下，反應(yīng)②中CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示．則△H₂

 

0（填“＜”、“＞”或“=”）．在T℃時(shí)的1L密閉容器中，充入1mol CH₄和3mol H₂O（g），發(fā)生反應(yīng)②，經(jīng)過5min達(dá)到平衡，此時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為50%，則從開始到平衡，H₂的平均反應(yīng)速率為

 

，T℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

；
（4）若向此1L密閉容器中，加入1mol CH₄、5mol H₂O（g）、1mol CO和3mol H₂，發(fā)生反應(yīng)②，若溫度仍為T℃，此時(shí)v（正）

 

v（逆）（填“＜”、“＞”或“=”）．若改變反應(yīng)溫度，達(dá)到新平衡時(shí)，

 

mol＜n（H₂O）＜

 

mol．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的影響因素,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）平衡標(biāo)志是反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相同，各組分濃度保持不變
（2）欲提高反應(yīng)①CO中的轉(zhuǎn)化率，改變條件使平衡正向進(jìn)行分析；
（3）依據(jù)圖象變化分析甲烷轉(zhuǎn)化率隨溫度升高增大，說明平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式，結(jié)合反應(yīng)速率和平衡常數(shù)概念計(jì)算；
（4）計(jì)算濃度商和平衡常數(shù)比較確定反應(yīng)進(jìn)行的方向，溫度變化，平衡發(fā)生移動，依據(jù)極值方法分析判斷水蒸氣的物質(zhì)的量數(shù)值范圍．

解答： 解：（1）恒溫恒容的容器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
a．平衡狀態(tài)各組分的含量不變，CO體積分?jǐn)?shù)保持不變，證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故a正確；
b．甲醇和一氧化碳的起始量和消耗量決定，容器中甲醇濃度與CO濃度相等不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故B錯誤；
c．反應(yīng)前后是氣體體積減小的反應(yīng)，容器中氣體的壓強(qiáng)不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確
d．化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中計(jì)量數(shù)之比，CH₃OH的生成速率與CO的消耗速率相等，說明甲醇和一氧化碳正反應(yīng)速率相同，反應(yīng)正向進(jìn)行不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故d錯誤；
e．容器中混合氣體的密度保持不變，混合氣體的密度=

氣體質(zhì)量

氣體體積

，反應(yīng)過程中氣體質(zhì)量守恒，容器體積相同，密度不變，不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故e錯誤；
故答案為：ac；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
a．向裝置中再充入N₂，恒溫恒容條件下，體系總壓增大，分壓不變，平衡不動，故a不符合；
b．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡那你想進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率減小，故b不符合；
c．改變反應(yīng)的催化劑，改變反應(yīng)速率，不能改變化學(xué)平衡，轉(zhuǎn)化率不變，故c不符合；
d．向裝置中再充入H₂，提高一氧化碳轉(zhuǎn)化率，故d正確；
故答案為：d；
（3）圖象變化分析甲烷轉(zhuǎn)化率隨溫度升高增大，說明平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，△H＞0，在T℃時(shí)的1L密閉容器中，充入1mol CH₄和3mol H₂O（g），發(fā)生反應(yīng)②，經(jīng)過5min達(dá)到平衡，此時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為50%，則
              CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol） 1         3        0       0
變化量（mol）0.5        0.5     0.5     1.5
平衡量（mol）0.5       2.5      0.5      1.5
H₂的平均反應(yīng)速率=

1.5mol 1L

5min

=0.3mol/L?min；
平衡常數(shù)K=

( 1.5 1 )3×0.5

0.5×2.5

=1.35（mol/L）²；
故答案為：＞；0.3mol/L?min，1.35；
（4）若向此1L密閉容器中，加入1mol CH₄、5mol H₂O（g）、1mol CO和3mol H₂，發(fā)生反應(yīng)②，若溫度仍為T℃．平衡常數(shù)K=1.35，Qc=

1×33

1×5

=5.4＞1.35，所以反應(yīng)逆向進(jìn)行，v（正）＜v（逆），若改變反應(yīng)溫度，達(dá)到新平衡時(shí)，
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
1         5        1      3
0         4         2      4
2         6        0      2
得到水蒸氣的物質(zhì)的量介于4-6間；
故答案為：＜；4；6．

點(diǎn)評：本題考查了化學(xué)平衡影響因素分析，平衡標(biāo)志的分析判斷，平衡常數(shù)和反應(yīng)速率的計(jì)算應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．