Question

工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
（1）判断反应达到平衡状态的依据是（填字母序号，下同）    ．
A．生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等
B．混合气体的密度不变
C．混合气体的相对平均分子质量不变
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化
（2）如表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数（K）．

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中数据判断该反应的△H    0（填“＞”、“=”或“＜”）；
②某温度下，将2molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，则CO的转化率为    ，此时的温度为    ．
（3）要提高CO的转化率，可以采取的措施是    ．
a．升温b．加入催化剂c．增加CO的浓度
d．加入H₂加压e．加入惰性气体加压f．分离出甲醇
（4）一定条件下，CO与H₂在催化剂的作用下生成5molCH₃OH的能量变化为454kJ．在该温度时，在容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：

容器		甲	乙	丙
反应物投入量		1molCO、2molH2	1molCH3OH	2molCH3OH
平衡时数据	CH3OH的浓度（mol/L）	c1	c2	c3
	反应的能量变化	akJ	bkJ	ckJ
	体系压强（Pa）	p1	p2	p3
	反应物转化率	α1	α2	α3

下列说法正确的是    ．
A.2c₁＞c₃B．a+b＜90.8C.2p₂＜p₃D．α₁+α₃＜1．

Answer 1

【答案】分析：（1）当化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、含量不再发生变化，由此衍生的一些物理性不变，以此解答该题；
（2）①、由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应移动；
②、根据平衡时CO的浓度计算参加反应的CO的物质的量，根据转化率定义计算CO的转化率；
利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算平衡常数，确定温度；
（3）要提高CO的转化率，可以采取措施使平衡向正反应移动，据此结合选项解答；
（4）A、甲、丙相比较，把甲等效为开始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物质的量为甲的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动；
B、由题目可知生成1molCH₃OH的能量变化为=90.8kJ，甲、乙平衡状态相同，令平衡时甲醇为nmol，计算反应热数值，据此判断；
C、比较乙、丙可知，丙中甲醇的物质的量为乙的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动；
D、甲、乙处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，据此判断．
解答：解：（1）A．无论是否达到平衡状态，生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等，故A错误；
B．无论是否达到平衡状态，气体的质量不变，容器的体积不变，则混合气体的密度不变，故B错误；
C．随反应进行，气体的总的物质的量减小，混合混合气体的总质量不变，平均相对分子质量增大，混合气体的相对平均分子质量不变，说明反应达到平衡状态，故C正确；
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化，说明反应达到平衡状态，故D正确．
故答案为：CD；
（2）①温度升高，K减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，故答案为：＜；
 ②达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，则转化的CO的物质的量为2.0mol-0.2mol/L×1L=1.6mol，
所以CO的转化率为×100%=80%，则：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol/L）：1      3          0
变化（mol/L）：0.8   1.6          0.8
平衡（mol/L）：0.2   1.4          0.8
所以：k==2.04，温度应为250℃，
故答案为：80%；250℃；
（3）a．升温，平衡向逆反应方向移动，CO的转化率的减小，故a错误；
b．加入催化剂，平衡不移动，转化率不变，故b错误；
c．增加CO的浓度，CO的转化率的减小，故c错误；
d．恒容充入H₂，平衡向正反应方向移动，转化率增大，故d正确；
e．恒压充入惰性气体，平衡不移动，转化率不变，故e错误；
f．分离出甲醇，平衡向正反应方向移动，转化率增大，故f正确．
故答案为：df；
（4）A、甲、丙相比较，把甲等效为开始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物质的量为甲的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动，故2c₁＜c₃，故A错误；
B、由题目可知生成1molCH₃OH的能量变化为=90.8kJ，甲、乙平衡状态相同，令平衡时甲醇为nmol，对于甲容器，a=90.8n，等于乙容器b=90.8（1-n），故a+b=90.8，故B错误；
C、比较乙、丙可知，丙中甲醇的物质的量为乙的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动，故2p₂＞p₃，故C错误；
D、甲、乙处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正确，
故答案为：D．
点评：本题考查较为综合，涉及化学平衡的计算、平衡状态的判断、平衡常数的计算与运用以及等效平衡问题，难度较大，注意（4）题为易错点、难点，注意理解等效平衡问题．