Question

甲醇是重要的化工原料和清洁液体燃料．工业上可利用CO或CO₂来生产甲醇．甲醇制备的相关信息如表：

化学反应及平衡常数		平衡常数数值
		500℃	800℃
①2H2O（g）+CO（g）?CH3OH（g）	K1	2.5	0.15
②H2（g）+CO2（g）?H2O（g）+CO（g）	K2	1.0	2.50
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	K3	2.5	0.375

（l）反应①是

 

反应（选填“吸热”“放热”）．
（2）请写出反应③的平衡常数表达式K₃=

 

． 500℃时测得反应③在某时刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的浓度（mol/L）分别为0.8、0.1、0.3、0.15，此时v_正

 

v_逆（选填“＞”“＜”“=”）
（3）若某温度下反应①从开始到平衡CO和CH₃OH的浓度变化如图一所示，则用H₂浓度变化表示此段时间内该反应的平均速v（H₂）

 

，在3min内CO的转化率为多少

 

，若某温度下反应①中H₂的平衡转化率（a）与体系总压强（P）的关系如图二所示，则平衡状态由A变到B时，平衡常数K（_A）

 

K（_B）（选填“＞”“＜”“=”）．

（4）一定温度下，在体积固定的密闭容器中发生反应②，可判断该反应已经达到平衡的是

 

．（用相应字母表示）
A．容器中总压强不变       
B．混台气体的平均摩尔质量不变
C．混合气体的密度不变     
D．CO₂（g）或CO（g）的浓度不变．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：

分析：（1）分析图表数据，反应①平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，正反应是放热反应；
（2）化学平衡常数指一定温度下，可逆反应到达平衡状态各生成浓度的系数次幂的乘积与各反应物浓度的系数次幂的乘积的比值；
依据某时刻浓度商计算和平衡常数比较判断反应进行的方向；
（3）根据甲醇的浓度变化计算出反应速率，利用计量数之比等于反应速率之比，得到答案；在3min内CO浓度由1.00mol/L减少到0.50mol/L，；平衡常数随温度变化；
（4）依据化学平衡标志分析判断，正逆反应速率相同，各组分含量保持不变分析选项．

解答： 解：（1）分析图表数据，反应①平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，正反应是放热反应，故答案为：放热；
（2）反应③3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常数表达式K₃=

c(CH3OH)?c(H2O)

c3(H2)?c(CO2)

；
在500℃、2L的密闭容器中，进行反应③，测得反应③在某时刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O （g）的浓度（mol/L）分别为0.8、0.1、0.3、0.15，Q=

c(CH3OH)?c(H2O)

c3(H2)?c(CO2)

=

0.15×0.3

0．83×0.1

=0.88＜K₃=2.5，反应正向进行，V正＞V逆，
故答案为：

c(CH3OH)?c(H2O)

c3(H2)?c(CO2)

；＞；
（3）甲醇浓度变化为0.75mol/L，反应速率为

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），反应速率之比等于计量数之比，则氢气反应速率为甲醇反应速率的3倍，故氢气的反应速率为：2×0.075mol/（L?min）=0.15mol/（L?min）；
在3min内CO浓度由1.00mol/L减少到0.50mol/L，其转化率为

1.00mol/L-0.50ml/L

1.00mol/L

×100%=50%；
若某温度下反应①中H₂的平衡转化率（a）与体系总压强（P）的关系如图二所示，则平衡状态由A变到B时，平衡常数随温度变化，不随压强变化，则平衡常数K_（A）=K_（B）；
故答案为：0.15mol/（L?min）；50%；=；
（4）H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g），反应是气体体积不变的吸热反应，
A．反应前后气体体积不变，容器中总压强不变，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；
B．反应前后气体质量不变，物质的量不变，混台气体的平均摩尔质量始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．反应前后气体质量体积不变，混合气体的密度不变，不能说明反应达到平衡状态，故C错误；
D．CO₂（g）或CO（g）的浓度不变是平衡标志，能说明反应达到平衡状态，故D正确；
故答案为：D．

点评：本题考查了化学平衡影响因素，平衡常数计算分析判断，平衡状态的标志等，掌握基础是关键，题目难度中等．