Question

3．甲醇是重要的化学工业基础原料和液体燃料．工业上可利用CO或CO₂来生产燃料甲醇．已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：

化学反应	平衡常数	温度（℃）
		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

（1）反应②是吸热（填“吸热”或“放热”）反应．
（2）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1所示．则平衡状态由A变到B时，平衡常数K（A）=K（B）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）判断反应③△H＜0；△S＜0（填“＞”“=”或“＜”）
在500℃、2L的密闭容器中，进行反应③，测得某时刻H₂、CO₂、CH₃OH、H₂O的物质的量分别为6mol、2mol、10mol、10mol，此时v（正）＞v（逆）（填“＞”“=”或“＜”）
（4）一定温度下，在3L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c（CO）与反应时间t变化曲线Ⅰ如图2所示，
若在t0时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ．当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是加入催化剂．当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是将容器的体积快速压缩至2L．

Answer 1

分析 （1）分析图表数据，反应②平衡常数随温度升高增大，平衡正向进行，正反应是吸热反应；
（2）依据平衡常数随温度变化，不随压强变化分析；
（3）反应③是气体体积减小的反应△S＜0，结合温度变化分析判断反应焓变△H＜0；依据反应①+②得到反应③，所以平衡常数K₃=K₁×K₂；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；
（4）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量浓度增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变．

解答 解：（1）反应②平衡常数随温度升高增大，平衡正向进行，正反应是吸热反应，
故答案为：吸热；
（2）平衡常数随温度变化，不随压强变化分析，图象中平衡状态由A变到B时，压强改变，温度不变，所以平衡常数不变，
故答案为：=；
（3）反应①+②得到反应③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是气体体积减小的反应△S＜0，结合温度变化分析，500℃时K₃=K₁×K₂=2.5，800℃时K₃=K₁×K₂=2.5×0.15，随温度升高，平衡常数减小，平衡逆向进行，所以判断反应是放热反应，焓变△H＜0，
500℃时K₃=K₁×K₂=2.5，测得某时刻H₂、CO₂、CH₃OH、H₂O的物质的量分别为6mol、2mol、10mol、10mol，Q=$\frac{5×5}{{3}^{3}×1}$=0.93＜K=2.5，反应正向进行，V正＞V逆；
故答案为：＜；＜；＞；
（4）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂，当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量浓度增大，为原来的$\frac{3}{2}$倍，增大压强平衡不移动，则应将容器的体积快速压缩至2L，
故答案为：加入催化剂；将容器的体积快速压缩至2L．

点评 本题综合考查化学平衡的影响因素，化学平衡的计算与判断，为高考常见题型和高频考点，注意把握图象的分析与判断，本题还要注意平衡常数的计算与运用，难度不大．