Question

【题目】工业上通常采用CO(g)和H2(g)催化合成甲醇CH3OH(g)．

（1）在—定温度和压强下，CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－128.8 kJ/mol．若将10a mol CO和20a mol H2放入2 L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10a mol CO、20a mol H2和10a mol CH3OH(g)，判断平衡移动的方向是_______(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”)。

（2）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、CH3OH的浓度之比为1∶2∶1

E．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化

（3）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		1 mol CO、2 mol H2	1 mol CH3OH	2 mol 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	α1	α2	α3
	体系压强(Pa)	p1	p2	p3

则a＋b＝________；a1＋a3________1(填“<”、“>”或“＝”，下同)；2p2________p3．

Answer 1

【答案】 正向移动 BE 128.8 < >

【解析】（1）加入10a mol CO，转化率为60%，反应的CO为6a mol。

CO(g) ＋ 2H2(g) CH3OH(g)

起始： 10a 20a 0

反应： 6a 12a 6a

平衡： 4a 8a 6a

容器得体积为2L，所以将物质的量都除以体积得到浓度，计算平衡常数为 。

若此时再向该容器中投入10a mol CO、20a mol H2和10a mol CH3OH(g)，则变为14a mol CO、28a mol H2和16a mol CH3OH(g)，浓度为7a mol/L CO、14a mol/L H2和8a mol/L CH3OH(g)，所以 ，Q小于K，所以平衡正向移动。

（2）反应混合物质量不变（质量守恒），容器体积不变，所以气体密度恒定不变，选项A无法说明反应达平衡。反应混合物质量不变（质量守恒），平均分子量不变，而，所以说明气体的n总不变。该反应前后的物质的量不等，所以n总不变可以说明反应达平衡，选项B正确。2v逆(H2)＝v正(CO)得到v逆(H2)：v正(CO)=1:2，依据反应速率比等于系数比的关系，应该有v逆(H2)：v正(CO)=2:1，所以选项C错误。容器内CO、H2、CH3OH的浓度之比为1∶2∶1，有可能是某个瞬间达到这个比例关系，过了这个瞬间还会变化，所以选项D错误。CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化，一定说明反应达平衡，所以选项E正确。

（3）甲乙明显为等效平衡，最后的平衡态一定相同。从甲出发到平衡态放出akJ热量，从乙出发到相同平衡态吸收bkJ热量，则相反过程（从平衡态到乙）应该放出bkJ热量，所以从甲到乙应该放出（a+b）kJ热量。而从甲到乙就是将1molCO和2molH2反应为1 mol CH3OH，所以反应热量就是焓变，即a+b=128.8。甲的转化率为α1，说明从甲开始到平衡态，应该正向反应了总量的α1；乙的转化率为α2，说明从乙到相同平衡态应该逆向反应了总量的α2，所以一定有α1+α2=1。丙的投料量是乙的2倍，恒容下，相当于增大压强，所以平衡正向移动，丙中甲醇转化率降低，α2＞α3，所以α1+α3＜1。同温同体积下，压强的比等于气体物质的量的比。丙的投料量是乙的2倍，恒容下，相当于增大压强，平衡正向移动，所以达平衡时丙的总物质的量比乙的2倍还要小，所以丙压强小于乙的2倍，即2p2＜p3。