Question

工业上通常采用CO（g）和H₂（g）催化合成甲醇CH₃OH（g）．
（1）已知在某温度和压强下：
①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
③2CH₃ OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
则在相同的温度和压强下，CO（g）与H₂（g）合成CH₃OH（g）的热化学方程式是

 

．
（2）在一定温度下，若将10a mol CO和20a mol H₂放入2L的密闭容器中，充分反应后测得CO的转化率为60%，则该反应的平衡常数为

 

（用含a的代数式表示）．若此时再向该容器中投入10mol CO．20a mol H₂和10a mol CH₃OH，判断平衡移动的方向是

 

（填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”）；与原平衡相比，CO的物质的量浓度

 

（填“增大”、“不变”或“减小”）．
（3）判断该反应达到平衡状态的依据是

 

（填字母序号）．
A．混合气体的密度不变
B．混合气体的平均相对分子质量不变
C．2v_逆（H₂）=v_正（CO）
D．容器内CO、H₂、CH₃ OH的浓度之比为1：2：1
E．CH₃ OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化
（4）一定条件下，在容积相同的三个密闭容器中，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		1mol CO、2mol H2	1mol CH3 OH	2mol CH3OH
平衡时 数据	反应能量变 化的绝对值（kJ）	a	b	c
	反应物转化率	a1	a2	a3
	体系压强（Pa）	p1	p2	p3

则a+b=

 

kJ；a₁+a₃

 

1（填“＜”、“＞”或“=”，下同）；2p₂

 

p₃．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡建立的过程,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据已知热化学方程式，结合盖斯定律计算求反应热，再写方程式；
（2）根据三行式计算化学反应的平衡常数，根据Qc和K的关系判断化学反应的方向；
（3）根据化学平衡状态的特征：逆、定、动、变、等来回答判断；反应达到平衡时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再发生改变，由此衍生的一些物理量也不再发生变化；
（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CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（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129kJ，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CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（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）①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
③2CH₃ OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
根据盖斯定律：①×

1

2

+②-③×

1

2

得：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H=-128.8 kJ?mol^-1；
故答案为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H=-128.8.0 kJ?mol^-1；
（2）CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）
起始浓度：

10a

V

     

20a

V

            0     
转化浓度：0.6×

10a

V

  1.2×

10a

V

     0.6×

10a

V

 
平衡浓度：0.4×

10a

V

  0.8×

10a

V

     0.6×

10a

V

   
k=

3

32a2

，若此时再向该容器中投入10mol CO．20a mol H₂和10a mol CH₃OH，则Qc＜K，所以平衡移动的方向是正方向移动，由于一氧化碳不能完全转化为生成物，与原平衡相比，CO的物质的量浓度增大，
故答案为：

3

32a2

；向正反应方向；增大；
（3）A．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A错误；
B．混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应达到平衡状态，故B正确；
C．v_逆（H₂）=2v_正（CO）才能证明正逆反应速率相等，故C错误；
D．容器内CO、H₂、CH₃ OH的浓度之比为1：2：1，不能说明反应达到平衡状态，故D错误；
E．CH₃ OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化，说明反应达到平衡状态，故E正确．
故答案为：BE；
（4）由题目可知生成1molCH₃OH的能量变化128.8kJ，甲、乙平衡状态相同，令平衡时甲醇为nmol，对于甲容器，a=12，8.8n，对于乙容器b=128.8（1-n），故a+b=128.8，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，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，
故答案为：128.8；＜；＞．

点评：本题考查较为综合，涉及盖斯定律的应用、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，注意理解等效平衡问题．