Question

【题目】在工业上常用CO与H2合成甲醇，热化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－574.4 kJ·mol－1。

（1）下图是表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入5mol H2和一定量的CO后，CO和CH3OH（g）的浓度随时间变化情况。反应第10分钟达到平衡，从反应开始到平衡，用H2表示平均反应速率v(H2)=__mol/(L·min），且反应前后体系的压强之比为____。

（2）在一容积可变的密闭容器中充有10 mol CO和20 mol H2。CO的平衡转化率与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。

①A、B、C三点对应的平衡常数KA、KB、KC的大小关系为_____。

②若达到平衡状态A时，容器的体积为10 L，则在平衡状态B时容器的体积为__L。

Answer 1

【答案】0.15mol·L-1·min-1 7：4 KA＝KB>KC 2

【解析】

（1）根据图1所示信息，根据v=c/t计算出v（CO）反应速率，再根据速率之比和系数成正比计算出 v（H2）反应速率；根据气体的压强之比等于气体的物质的量之比进行计算。

（2）①平衡常数与温度有关，CO与H2反应生成甲醇的反应为放热反应，据此进行分析；

②根据在同一温度下，平衡常数不变的规律，结合图给信息进行分析。

（1）由图1可知，起始时CO为的浓度为1mol/L，反应减小的CO的浓度为1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min时达到平衡，则用CO表示的反应速率为：0.75mol/L÷10min=0.075 mol·L-1·min-1，根据速率比和系数成正比可知，用H2表示平均反应速率v(H2)=2v（CO）=2×0.075 mol·L-1·min-1= 0.15mol·L-1·min-1；由图1可知，起始时CO为的浓度为1mol/L，容器的体积为2L，n（CO）=2mol；n（H2）=5mol；反应达平衡后，n（CO）=0.25mol/L×2L=0.5mol，n（H2）=5mol-0.15mol·L-1·min-1×2L×10min=2mol；n( CH3OH )=0.75mol/L×2L=1.5mol；其它条件不变，气体的压强之比等于气体的物质的量之比，所以反应前后体系的压强之比为：（2+5）：（0.5+2+1.5）=7：4；

故答案是：0.15mol·L-1·min-1 ；7：4；

（2）①平衡常数与温度有关，CO与H2反应生成甲醇的反应为放热反应，则温度升高，平衡常数减小，则KC<KA，A点与B点的温度相同，KA=KB，所以三者的关系为KA＝KB>KC；

故答案是：KA＝KB>KC；

②若达到平衡状态A时，容器的体积为10 L，状态A与B的平衡常数相同，状态A时CO的转化率为0.5，则平衡时CO的物质的量是10mol×（1-0.5）=5mol，浓度是0.5mol/L；c（H2）=1mol/L，生成甲醇的物质的量是5mol，浓度为0.5mol/L；所以平衡常数KA=1；设状态B时容器的体积是VL，状态B时CO的转化率是0.8，则平衡时，CO的物质的量是2/Vmol/L，氢气的物质的量浓度是4/Vmol/L，生成甲醇的物质的量浓度是8/Vmol/L，则KB=8/V÷[2/V×(4/V)2]=1，解得V=2；

答案是：2。