题目内容
【题目】甲醇是一种很好的燃料，工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH
（1）判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号， 下同)__________。
A．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等
B．混合气体的密度不变
C．混合气体的平均相对分子质量不变
D．CH3OH、CO、H2的浓度都不再变化
（2）下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K)。
温度 | 250 °C | 300 °C | 350 °C |
K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
①由表中数据判断ΔH__________0(填”＞”“＜ “或”=“)；
②某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2 L 的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c(CO)=
0.2 mol L1，则CO的转化率为_______，此时的温度为______________。
（3）要提高CO的转化率，可以采取的措施是_______。
a．升温 b．加入催化剂
c．增加CO的浓度 d．加入H2加压
e．加入惰性气体加压 f．分离出甲醇
（4）300 °C，一定的压强下，5mol CO与足量H2在催化剂的作用下恰好完全反应变化的热量为454kJ。在该温度时，在容积相同的3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 | CH3OH的浓度 / (mol L1) | c1 | c2 | c3 |
反应的能量变化 | a kJ | b kJ | c kJ | |
体系压强/ Pa | p1 | p2 | p3 | |
反应物的转化率 | α1 | α2 | α3 | |
下列说法正确的是_________。
A．2 c1>c3 B．a+b<90.8
C．2p2 <p3 D．α1 +α3<l
（5）为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件， 某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
实验编号 | T/℃ | n(CO)/n(H2) | p/MPa |
1 | 150 | 1/3 | 0.1 |
2 | a | 1/3 | 5 |
3 | 350 | b | 5 |
①则上表中剩余的验条件数据a=_________，b=_________。
②根据反应的特点，上图是在压强分别为0.1 MPa和5 MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图，请指明图中的压强px=_________MPa。
【答案】（1）CD （2）①＜ ②80% 250℃ （3）df （4）D （5）①150 1/3 ②0.1
【解析】（1）判断化学反应平衡状态的基本依据是正、逆化学反应速率相等。A选项，生成CH3OH的速率和消耗CO的速率均为正反应速率，无法判断正、逆反应速率的关系，错误；B选项，体系中气体物质的总质量不变，体积不变，故密度不变，即反应过程中密度恒定，错误；C选项，体系中气体混合物的质量不变，但反应过程中混合气体的物质的量不断变化，即平均相对分子质量不变时，说明各物质的物质的量不变，正、逆反应速率相等，C正确；D选项，各物质的浓度不变时，说明正、逆反应速率相等，D正确。
（2）①由表中数据可知，温度升高，K减小，说明升温平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，ΔH＜0。②已知，起始时CO的浓度为：2mol/2L=l mol L1，H2的浓度为6 mol/2 L = 3 mol L1，平衡时CO的浓度为0.2 mol L1。故CO的浓度变化为1 mol L1 0.2mol L1=0.8 mol L1，CO的转化率为(0.8 mol L1/1 mol L1)×100%=80%。
根据化学方程式计算：
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
1 2 1
0.8 mol L1 2×0.8 mol L1
平衡时H2的浓度为c(H2)= 3 mol L1 2×0.8 mol L1 =1.4mol L1，平衡时CH3OH的浓度为c(CH3OH)= 0.8 mol·L1，K= (0.8 mol·L1 )/[(0.2 mol·L1)× (1.4 mol·L1)2]=2.04，与表中数握比较，得出反应度为250 ℃。
（3）升温平衡向逆反应方向移动，a错误；催化剂不改变平衡状态，b错误；增加CO的浓度，平衡向正向移动，但CO增加部分的转化率小于原CO的转化率，故总转化率减小，c错误；加入H2，H2的浓度增大，平衡向正向移动，CO的转化率增大，d对；加入惰性气体，各物质的浓度不变，平衡不移动，e错误；分离出甲醇，生成物的浓度减小，平衡正向移动，CO的转化率增大，f对。
（4）A选项，丙容器的初始反应物换算成CO和H2为2 mol CO 和4 mol H2，若甲、丙反应的转化率相同，2c1=c3，由于丙的压强大于甲的压强，平衡正向移动，丙中CH3OH的转化率大于甲，即2c1＜c3，选项错误；B选项，甲、乙两平衡状态相同，甲转化放出的热量和乙转化吸收的热量之和相当于甲或乙全部转化的热量变化，即a+b=454 kJ/5=90.8kJ，选项错误；C选项，若乙、丙中甲醇的转化率相同，2p2=p3，丙中压强大，压强增大，甲醇的转化率减小，故2p2＞p3，选项错误；D选项，α1+α2 = 1，而α2＞α3，故α1+α3＜l，选项正确。
（5）显然该同学通过“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响，探究的前提只能是改变一个条件，而其他条件不变，由此可得出a = 150，b=l/3。由于题给反应是一个气体体积缩小的反应，压强越大，CO的转化率也大，由此可得px=0.1 MPa。
