Question

12．研究和開發(fā)CO₂和CO的創(chuàng)新利用是環(huán)境保護和資源利用雙贏的課題．
CO可用于合成甲醇．在壓強為0.1MPa條件下，在體積為b L的密閉容器中充入a mol CO和2a mol H₂，在催化劑作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
平衡時CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖：
（1）該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
（2）100℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)：K=$\frac{^{2}}{{a}^{2}}$（用含a、b的代數(shù)式表示）．若一個可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K值很大，對此反應(yīng)的說法正確的是c（填序號）．
a．該反應(yīng)使用催化劑意義不大     
b．該反應(yīng)發(fā)生將在很短時間內(nèi)完成
c．該反應(yīng)達到平衡時至少有一種反應(yīng)物百分含量很小  
d．該反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)
（3）在容積固定的容器中進行反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），下列哪些情況能夠說明反應(yīng)達到平衡ad
a．容器的總壓強不變     
b．v_正（CO）=v_正（CH₃OH）
c．混合氣體的密度保持不變  
d．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化
（4）在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入a mol CO、2a mol H₂，達到平衡時CO轉(zhuǎn)化率增大（填“增大”、“不變”或“減小”，下同），平衡常數(shù)不變．
（5）在某溫度下，向一容積不變的密閉容器中充入2.5mol CO、7.5mol H₂，反應(yīng)生成CH₃OH（g），達到平衡時，CO轉(zhuǎn)化率為90%，此時容器內(nèi)壓強為開始時壓強的0.55倍．
（6）為提高該反應(yīng)CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取哪些措施（至少寫兩點）通入更多的H₂；增大體系的壓強．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，壓強一定時，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，據(jù)此判斷；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，根據(jù)CO的轉(zhuǎn)化率，利用三段式計算出平衡時各組分的物質(zhì)的量，進而求出平衡時各組分的濃度，代入平衡常數(shù)計算；
可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)越大，說明反應(yīng)進行的程度越大，不能說明反應(yīng)速率快慢、不能說明該反應(yīng)在通常條件下一定可以發(fā)生、不能說明反應(yīng)是吸熱還是放熱；
（3）達平衡狀態(tài)時正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度保持不變的狀態(tài)，由此分析判斷；
（4）在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入a mol CO（g）、2a mol H₂（g），等效為在原平衡的基礎(chǔ)上增大一倍壓強，平衡向正反應(yīng)移動；
化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，與濃度無關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
（5）計算參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量，利用差量法計算平衡時反應(yīng)混合物的物質(zhì)的量變化量，進而計算平衡時總的物質(zhì)的量，利用恒溫恒容下，壓強之比等于物質(zhì)的量之比解答；
（6）反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）是放熱反應(yīng)，正反應(yīng)是氣體體積減少的反應(yīng)，所以可以通過通入更多的H₂；增大體系的壓強，來提高該反應(yīng)CO的轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）由圖可知，壓強一定時，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
故答案為：放熱；
（2）100℃，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，所以參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為0.5amol．
           CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
開始（mol）：a       2a           0      
變化（mol）：0.5a     a          0.5a
平衡（mol）：0.5a     a           0.5a
所以平衡時，CO的濃度為$\frac{0.5amol}{bL}$=$\frac{a}{2b}$mol/L，H₂的濃度為$\frac{a}$=mol/L，CH₃OH的濃度為$\frac{0.5amol}{bL}$=$\frac{a}{2b}$mol/L，100℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)k═$\frac{\frac{a}{2b}}{\frac{a}{2b}（\frac{a}）^{2}}$=$\frac{^{2}}{{a}^{2}}$，
a．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說明反應(yīng)進行的程度很大，不能說明該反應(yīng)在通常條件下一定可以發(fā)生，該反應(yīng)可能需要催化劑才可以進行，故a錯誤；
b．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說明反應(yīng)進行的程度很大，不能說明該條件下反應(yīng)速率很快，故b錯誤；
c．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說明反應(yīng)進行的程度很大，反應(yīng)達平衡時至少有一種反應(yīng)物的百分含量很小，故c正確；
d．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說明反應(yīng)進行的程度很大，不能說明該反應(yīng)是吸熱還是放熱，故d錯誤，
故答案為：$\frac{^{2}}{{a}^{2}}$，c；
（3）a．容器的總壓強不變，說明氣體的物質(zhì)的量不變反應(yīng)達平衡狀態(tài)，故正確；     
b．v_正（CO）=v_正（CH₃OH），都反映的正反應(yīng)方向，未體現(xiàn)正與逆的關(guān)系，故錯誤；
c．混合氣體的密度一直保持不變，故錯誤；  
d．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化，氣體的物質(zhì)的量不變，達平衡狀態(tài)，故正確；
故選：ad；
（4）在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入a mol CO（g）、2a mol H₂（g），等效為在原平衡的基礎(chǔ)上增大一倍壓強，平衡向正反應(yīng)移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，與濃度無關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，
故答案為：增大；不變；
（5）參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為2.5mol×90%=2.25mol，則：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）  物質(zhì)的量減少△n
1                               2
2.25mol                        4.5mol
故平衡時總的物質(zhì)的量為2.5mol+7.5mol-4.5mol=5.5mol，恒溫恒容下壓強之比等于物質(zhì)的量之比，故平衡時容器內(nèi)壓強為開始時壓強的 $\frac{5.5mol}{2.5mol+7.5mol}$=0.55倍，故答案為：0.55；
（6）反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）是放熱反應(yīng)，正反應(yīng)是氣體體積減少的反應(yīng)，所以可以通過通入更多的H₂；增大體系的壓強，來提高該反應(yīng)CO的轉(zhuǎn)化率，故答案為：通入更多的H₂；增大體系的壓強．

點評 本題考查平衡常數(shù)、化學(xué)平衡計算、化學(xué)平衡的影響因素及讀圖能力等，綜合性較大，難度中等，應(yīng)加強平時知識的積累，注意利用定一議二原則分析圖象．