Question

【题目】工业上常用CO和H2合成甲醇，反应方程式为：

CO (g) +2H2 (g) CH3OH (g) △H，在T1℃时，体积为2L的恒容容器中充入物质的量之和为3mol的H2和CO，达到平衡时CH3OH的体积分数(V%)与n(H2)：n(CO)的关系如图1所示。

(1)当起始n (H2)：n(CO) =2，经过5min达到平衡，此时容器的压强是初始压强的0.7倍，则0～5min内平均反应速率v(H2)=____。若此时再向容器中加入0.15 mol CO (g)和0.05 mol CH3OH (g)，达新平衡时H2的转化率将_______（选填“增大”、“减小”或“不变”）。

(2)当起始n (H2)：n(CO) =3.5时，达到平衡状态后，CH3OH的体积分数可能是图象中的_____点（选填“D”、“E”或“F”）。

(3)由图2可知该反应的△H_____0（选填“>”、“<”或“=”，下同），压强pl____p2；当压强为p2时，在y点：v（正）____v（逆）。

Answer 1

【答案】 0.09molL-1min-1 增大 F ＞ ＞ ＞

【解析】试题分析：本题考查化学平衡和化学反应速率的计算，化学平衡图像的分析。

（1）H2和CO物质的量之和为3mol，当起始n (H2)：n(CO) =2，起始加入2molH2和1molCO，设CO从起始到平衡转化物质的量为x，用三段式

CO (g) +2H2 (g) CH3OH (g)

n（起始）（mol） 1 2 0

n（起始）（mol） x 2x x

n（起始）（mol） 1-x 2-2x x

平衡时容器的压强是初始压强的0.7倍，1-x+2-2x+x=0.73，解得x=0.45mol，平衡时CO、H2、CH3OH（g）的物质的量依次为0.55mol、1.1mol、0.45mol，则0～5min内平均反应速率υ(H2)=0.9mol2L5min=0.09molL-1min-1。该反应的化学平衡常数为（0.45mol2L）/[（0.55mol2L）（1.1mol2L）2]=2.70；此时再向容器中加入0.15 mol CO (g)和0.05 mol CH3OH (g)，瞬时浓度商Q=（0.5mol2L）/[（0.7mol2L）（1.1mol2L）2]=2.362.70，反应正向进行，达新平衡时H2的转化率将增大。

（2）根据规律，当起始n (H2)：n(CO)=2:1即等于化学计量数之比，达到平衡时CH3OH（g）的体积分数最大。当起始n (H2)：n(CO) =3.5时，达到平衡状态后，CH3OH的体积分数小于最大值，可能是图象中的F点。

（3）由图像知升高温度CO的转化率增大，升高温度平衡正向移动，所以ΔH0。由图像知在相同温度下，p1时CO的转化率大于p2时CO的转化率，该反应的正反应为气体分子数减小的反应，压强越大CO的转化率越大，则p1p2。当压强为p2时，y点CO的转化率小于平衡x点CO的转化率，在y点反应正向进行，在y点：υ正）υ（逆）。