Question

我国《车用燃料甲醇国家标准》的实施拉开了车用燃料低碳革命的大幕，一些省市正在陆续试点与推广使用甲醇汽油．甲醇可通过将煤的气化过程中生成的CO和H₂在一定条件下发生如下反应制得：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
图I、图Ⅱ是关于该反应进行情况的图示．

请根据图示回答下列问题：
（1）图I是反应时CO和CH₃OH的浓度随时间的变化情况，从反应开始到平衡，用CO浓度变化表示平均反应速率v（CO）=

 

．
（2）图Ⅱ表示该反应进行过程中能量的变化，曲线a表示不使用催化剂时反应的能量变化，在图Ⅱ中画出使用催化剂后的能量变化曲线b．
（3）写出该反应的热化学方程式．
（4）该反应的平衡常数K的表达式为

 

；当温度升高时，该平衡常数K将

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（5）恒容条件下，下列措施中能

n(CHOH)

n(CO)

增大的有

 

．
A．升高温度                              B．充入He气
C．再充入1molCO和2molH₂               D．使用催化剂
（6）在恒温条件下，保持CO浓度不变，扩大容器体积，则平衡

 

（填“逆向移动”、“正向移动”、“不移动”）
（7）在温度、容积相同的三个密闭容器中，按不同方式投料，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
投料量	1mol CO、2mol H2	1molCH3OH	2molCH3OH
CH3OH的浓度（mol?L-1）	c1	c2	c3
反应的能量变化	放出Q1 kJ	吸收Q2 kJ	吸收Q3 kJ
体系压强（Pa）	P1	P2	P3
反应物转化率	α1	α2	α3

则下列关系正确的是

 

A．c₁=c₂           B．Q₃=2Q₂        C．2P₁＜P₃
D．α₁+α₂=1         E．2α₂=α₃
F．该反应若生成1molCH₃OH放出的热量为（Q₁+Q₂）kJ
（8）若在一体积可变的密闭容器中充入1mol CO、2mol H₂和1molCH₃OH，达到平衡时测得混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍，则该反应向

 

（填“正”、“逆”）反应方向移动，理由是

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,反应热和焓变,化学平衡的影响因素,等效平衡

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据图I时，反应中CO浓度的变化，结合速率公式计算；
（2）根据催化剂对活化能的影响分析；
（3）根据反应物与生成物的总能量来分析吸热还是放热，并书写热化学反应方程式；
（4）根据反应方程式结合平衡常数的含义书写；根据温度对平衡的影响分析K的变化；
（5）恒容条件下，下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO)

增大，则平衡正移，据此分析；
（6）该反应是气体体积减小的反应，扩大容器体积，平衡向体积增大的方向移动，也就是平衡逆向移动，据此判断；
（7）从等效平衡和平衡移动的角度分析；
（8）同温同压下，混合气体的密度与摩尔质量成正比，如果平衡不移动，密度应相等，据此分析．

解答： 解：（1）由图I可知，反应中CO浓度的变化为：1.00-0.25=0.75mol?L^-1，则c（CO）=

△c

t

=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），故答案为：0.075mol/（L?min）；
（2）图Ⅱ表示该反应进行过程中能量的变化，曲线a表示不使用催化剂时反应的能量变化，使用催化剂后反应的活化能降低，则能量变化曲线b如图：，故答案为：；
（3）反应物的总能量为419kJ，生成物的总能量为510kJ，则该反应为放热反应，放出的热量为419kJ-510kJ=91kJ，热化学方程式为CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol，
故答案为：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol；
（4）已知CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；则K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；已知该反应的正方向为放热反应，升高温度平衡逆移，所以K减小；
故答案为：

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；减小；
（5）恒容条件下，下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO)

增大，则平衡正移；
A．已知该反应的正方向为放热反应，升高温度，平衡逆移，故A错误；
B．充入He气，容器的体积不变，各反应物的浓度不变，平衡不移动，故B错误；
C．再充入1molCO和2molH₂，与原来加入了的量等比例，平衡时比原来的平衡的压强增大，平衡正移，故C正确；
D．使用催化剂，同等程度的改变正逆反应速率，平衡不移动，故D错误；
故答案为：C；
（6）该反应是气体体积减小的反应，扩大容器体积，平衡向体积增大的方向移动，也就是平衡逆向移动，故答案为：逆向移动；
（7）A、甲乙为等效平衡，则有c₁=c₂，故A正确；
B、丙的起始量为乙的2倍，而该反应为体积减小的反应，所以达到平衡时丙参加反应的CH₃OH的物质的量小于乙的2倍，所以吸收的热量也小于乙的2倍，故有Q₃＜2Q₂，故B错误；
C、甲乙为等效平衡，丙的起始量为乙的2倍，而该反应为体积减小的反应，所以达到平衡时丙参加反应的CH₃OH的物质的量小于乙的2倍，所以2P₁＞P₃，故C错误；
D、甲乙为等效平衡，但它们起始的方向正好相反，所以有α₁+α₂=1，故D正确；
E、甲、乙处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，丙的起始量为乙的2倍，而该反应为体积减小的反应，所以达到平衡时丙参加反应的CH₃OH的物质的量小于乙的2倍，所以α₂＞α₃，故E错误；
F、甲乙为等效平衡，但它们起始的方向正好相反，所以有α₁+α₂=1，则反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）中生成1mol CH₃OH放出的热量为（Q₁+Q₂）kJ，故F正确；
故选ADF；
（8）同温同压下，混合气体的密度与摩尔质量成正比，如果平衡不移动，密度应相等，现在密度是原来的1.6倍，所以平衡向气体计量数减小的方向移动；
故答案为：正；该反应前后气体总质量不变，同温同压下达平衡时气体密度增大，即气体体积缩小，反应正向进行．

点评：本题为综合性习题，考查影响化学平衡的因素、热化学反应、化学平衡常数、反应速率的计算，图象的分析和利用等知识点，注重对高考热点知识的考查，是较好的习题，注意理解等效平衡问题，难度中等．