Question

工业上可以在恒容密闭容器中采用下列反应制备甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
（1）下列情况可以作为判断反应达到平衡状态的依据的是（填序号）

 

．
A．生成CH₃OH 的速率与消耗H₂的速率之比为1：2
B．混合气体的平均相对分子质量保持不变
C．混合气体的密度保持不变
D．体系内的压强保持不变
（2）下表所列数据为该反应在不同温度下的化学平衡常数：

温度/℃、00w	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

①该反应的平衡常数表达式为K=

 

．由上表数据判断，该反应的△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．升高温度，正反应速率

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②某温度下，将2molCO和6molH₂充入一个容积为2L的密闭容器中，达到平衡时c（H₂）=1.4mol/L，则CO的转化率为

 

，此时的温度为

 

．
（3）欲提高CO的转化率，可采取的措施是

 

．（填序号）
A．升温   　　　　　　　B．加入更高效的催化剂   C．恒容条件下充入CO
D．恒容条件下充入H₂E．恒容条件下充入氦气　　F．及时移走CH₃OH
（4）一定条件下，CO和H₂在催化剂作用下生成1molCH₃OH的能量变化为90.8kJ．该温度下，在三个容积相同的密闭容器中，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
投料方式		1molCO、2molH2	1molCH3OH	2molCH3OH
平衡数据	C（CH3OH）/（mol/L）	c1	c2	c3
	体系压强（Pa）	p1	p2	p3
	反应的能量变化	akJ	bkJ	ckJ
	原料转化率	α1	α2	α3

下列分析正确的是

 

．（填序号）
A．2c₁＜c₃ B．2p₁＜p₃     C．|a|+|b|=90.8     D．α₁+α₃＞1．

Answer 1

分析：（1）当化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再发生变化，根据密度和平均相对分子质量的公式进行分析解答该题；
（2）化学平衡常数K=

生成物平衡浓度系数次幂之积

反应物平衡浓度系数次幂之积

，根据温度和化学反应速率、K、反应吸放热之间的关系来回答即可；
（3）化学平衡向右移动可以提高CO的转化率，但是不能加入一氧化碳；
（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、比较甲、丙可知，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；
C、由题目可知生成1molCH₃OH的能量变化为

454kJ

5

=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；
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．生成CH₃OH 的速率与消耗H₂的速率之比为1：2，只能表示正反应方向，不能证明正逆反应速率相等，故A错误；
B．混合气体的质量在反应前后是守恒的，反应前后气体物质的量和在变化，所以平均相对分子质量保持不变，证明达到了化学平衡状态，故B正确；
C．混合气体的质量在反应前后是守恒的，反应前后气体体积不变化，混合气体的密度始终保持不变，混合气体的密度不变不能证明达到了化学平衡状态，故C错误；
D．反应前后气体系数和在变化，当体系内的压强保持不变，证明达到了平衡，故D正确．
故选BD；
（2）①化学平衡常数K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，根据图中的数据可以看出温度越高，平衡常数越小，所以该反应是放热反应，根据温度对反应速率的影响知道，温度升高，化学反应速率加快，故答案为：

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

；＜；增大；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始浓度：1        3         0
变化浓度：0.8      1.6        0.8
平衡浓度：0.2      1.4        0.8
则CO的转化率为

0.8

1

×100%=80%，K=

0.8

0.2×1．42

≈2.041，所以此时温度是250℃，
故答案为：80%；250℃．
（3）A．升温，化学平衡会逆向移动，一氧化碳的转化率减小，故A错误；
B．加入更高效的催化剂，不会引起化学平衡的移动，不会改变转化率，故B错误；
C．恒容条件下充入CO，会使其转化率减小，故C错误；
D．恒容条件下充入H₂，可以使平衡右移，一氧化碳转化率增大，故D正确；
E．恒容条件下充入氦气，不会引起化学平衡的移动，不会改变CO的转化率，故E错误；
F．及时移走CH₃OH，可以使平衡右移，一氧化碳转化率增大，故F正确；
故选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正确；
B、比较甲、丙可知，丙中甲醇的物质的量相当于甲的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2p₁＞p₃，故B错误；
C、由题目可知生成1molCH₃OH的能量变化为

454kJ

5

=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C正确；
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错误，
故选AC．

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．