Question

4．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℃
①2H2（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是放热反应（选填“吸热”“放热”．
（2）请写出反应③的平衡常数表达式K₃=K₁•K₂（用K₁、K₂表）．
（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υ（H₂）=0.15mol/（L•min），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）（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D
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

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）依据平衡常数概念和表达式计算分析得到关系；
（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；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）K₁=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c^2（{H}_{2}）•c（CO）}$，K₂=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（CO）}{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}$，K₃=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c^3（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}$=K₁•K₂．
故答案为：K₁•K₂．
（3）甲醇浓度变化为0.75mol/L，反应速率为$\frac{0.75mol/L}{10min}$=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），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）；=；
（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；
故选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，电解质溶液中电荷守恒分析，掌握基础是关键，题目难度中等．