Question

【题目】(1)参考合成反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数，回答下列问题：

温度/℃	0	50	100	200	300	400
平衡常数	667	100	13	1.9×10-2	2.4×10-4	1×10-5

①该反应正反应是___________（填“放热”或“吸热”）反应；

②在T℃时，1L密闭容器中，投入0.1molCO和0.2molH2，达到平衡时，CO转化率为50%，则T=__________℃。

(2)CH3OH也可由CO2和H2合成。在体积为1L的密闭容器中，充入lmolCO2和3molH2，一定条件下反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0kJ/mol，测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图所示。

①该反应的平衡常数表达式为K=________；从反应开始到10min，v(H2)=______mol·L-1·min-1；

②下列情况能说明该反应一定达到平衡状态的是___________(填字母)

A.v(CO2)消耗=v(CH3OH)生成

B.气体的密度不再随时间改变

C.CO2和CH3OH的浓度之比不再随时间改变

D.气体的平均相对分子质量不再随时间改变

③为了加快化学反应速率且使体系中气体的物质的量增大，只改变下列某一条件，可采取的措施有___________ (填字母)

A.升高温度 B.缩小容器体积 C.再充入CO2气体 D.使用合适的催化剂

④相同温度下，在另一个容积为1 L的密闭容器中充入2mol CH3OH(g)和2molH2O(g)，达到平衡时CO2的浓度____________(填“＞”、“＜”或“=”)0.25mol·L-1。

Answer 1

【答案】放热 50 0.225 CD AC ＞

【解析】

(1)①根据温度与化学平衡常数的关系，结合平衡移动原理分析；

②根据CO的平衡转化率计算该反应的平衡常数，结合表格数据判断反应进行的温度；

(2)①根据平衡常数的含义书写表达式，先根据图象计算v(CO2),然后根据反应速率与化学计量数关系计算从反应开始到10min的v(H2)；

②根据可逆反应达到平衡状态时各种物质的浓度不变，含量不变，正逆反应速率不变分析；

③根据影响反应速率的因素和化学平衡影响因素分析判断；

④根据等效平衡分析判断。

(1)①根据表格数据可知：升高温度，该反应的化学平衡常数降低，说明：升高温度化学平衡逆向移动，由于升高温度化学平衡向吸热反应方向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应为放热反应；

②在T℃时，在1L密闭容器中，投入0.1molCO和0.2molH2，发生反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，达到平衡时，CO转化率为50%，则反应的CO物质的量浓度为0.05mol/L，则同时反应消耗H2的浓度为0.1mol/L，反应产生的CH3OH(g)浓度为0.05mol/L，则平衡时c(CO)=0.05mol/L，c(H2)=0.1mol/L，则该温度下的化学平衡常数K==100，根据温度与化学平衡常数的关系可知：反应温度为50℃；

(2)①化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时，各种生成物浓度幂之积与各种反应物浓度幂之积的比，对于反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，其平衡常数表达式为K=；从反应开始到10min，v(CO2)==0.075mol/(L·min)，由于反应用不同物质表示反应速率，速率比等于化学方程式中化学计量数的比，所以从反应开始到10min，v(H2)=3v(CO2)=0.225mol/(L·min)；

②A.v(CO2)消耗 =v(CH3OH)生成表示的是反应正向进行，不能说明为平衡状态，A错误；

B.容器的容积不变，反应混合物都是气体，在任何条件下气体的密度都不变，因此不能根据气体的密度不再随时间改变判断反应处于平衡状态，B错误；

C.CO2和CH3OH的浓度之比不再随时间改变，说明反应混合物中任何物质的浓度不变，反应处于平衡状态，C正确；

D.反应前后气体的质量不变，而气体的物质的量改变，若反应混合物中，气体的平均相对分子质量不再随时间改变，说明气体的物质的量不再发生变化，反应达到平衡状态，D正确；

故合理选项是CD；

③A.升高温度化学反应速率增大，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，气体的物质的量增大，A符合题意；

B.缩小容器体积物质的浓度增大，反应速率加快，反应体系压强也随之增大，增大压强，平衡向气体体积减小的正反应方向移动，气体的物质的量减小，B不符合题意；

C.再充入CO2气体，即增大了反应物的浓度，化学反应速率增大，化学平衡正向移动，总的来说气体的物质的量比原来增大，C符合题意；

D.使用合适的催化剂，化学反应速率加快，但化学平衡不发生移动，因此气体的物质的量不变，D不符合题意；

故合理选项是AC；

④对于反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，在体积为1L的密闭容器中，充入lmolCO2和3molH2，由于该反应是反应前后气体体积不等的反应，所以其等效起始状态为向该容器中加入1mol CH3OH(g)和1molH2O(g)，而现在是在另一个容积为1 L的密闭容器中充入2mol CH3OH(g)和2molH2O(g)，相当于在1L密闭容器中加入1mol CH3OH(g)和1molH2O(g)，反应达到平衡后再加入1mol CH3OH(g)和1molH2O(g)，所以达到新的平衡时CO2的浓度大于原平衡时的浓度0.25mol/L。