Question

【题目】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）根据图1请写出合成甲醇的热化学方程式_______________(热量用E1、E2或E3表示)。

（2）该反应的逆反应速率随时间变化的关系如上图2。t1时改变了某种条件，改变的条件可能是________________________。

（3）判断反应达到平衡状态的依据是____________(填字母序号)。

A．2v(H2)(逆) =v(CO)(正)

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的浓度都不再发生变化

E．容器内CO、H2、CH3OH的浓度之比为1:2:1

（4）在一定温度下，若将4a mol H2和2amol CO放入2L的密闭容器中，充分反应后测得CO的转化率为50％，则该反应的平衡常数为___________。若此时再向该容器中投入a mol CO、2amol H2和amol CH3OH，判断平衡移动的方向是_____________(“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)；与原平衡相比，CO的物质的量浓度__________(填“增大”、“不变”或“减小”)。

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH=(E1－E3)或－(E3－E1)kJmol-1加压、等倍增加反应物和生成物、增加甲醇浓度、升高温度、使用催化剂等CD1/a2正向移动增大；

【解析】

(1)图象分析反应是放热反应,反应的焓变=断裂化学键吸收的能量-形成化学键放出的热量,标注物质的聚集状态和对应反应的焓变写出;(2)图象分析可以知道是逆反应速率增大,反应是否达到平衡不知,所以增大逆反应速率的因素均符合;(3)可逆反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等(同种物质)或正逆反应速率之比等于系数之比(不同物质),平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化,由此衍生的一些物理量不变,以此分析。

:(1)图象分析反应是放热反应,反应的焓变=断裂化学键吸收的能量-形成化学键放出的热量= (E1－E3) ,标注物质的聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式为: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH=(E1－E3)或－(E3－E1)kJmol-1因此，本题答案是: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH=(E1－E3)或－(E3－E1)kJmol-1。

(2)图象分析可以知道是逆反应速率增大,反应是否达到平衡不知,所以增大逆反应速率的因素均符合,如加压、等倍增加反应物和生成物、增加甲醇浓度、升高温度、使用催化剂等。因此，本题正确答案是:加压、等倍增加反应物和生成物、增加甲醇浓度、升高温度、使用催化剂等。
(3)判断反应达到平衡状态的根据正逆反应速率相等,平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化。A.若v(H2)(逆) =2v(CO)(正),说明正逆反应速率相同, 2v(H2)(逆) =v(CO)(正)不能说明正逆反应速率相同,故A错误; B.混合物的质量始终不变,容器的体积不变,所以混合气体的密度始终不变,所以不能作为判断平衡状态的根据,故B错误; C.反应前后,混合气体的物质的量改变,气体的质量不变,反应达到平衡状态时,混合气体的相对平均分子质量不变,所以能作为判断平衡状态的根据,所以C选项是正确的;D.反应达到平衡状态时CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化,所以能作为判断平衡状态的根据,所以D选项是正确的;E.容器内CO、H2 、CH3OH的浓度之比为1:2:1,和起始量,变化量有关,不能作为平衡的标志,故E错误;所以CD是正确的。

(4)反应开始时c(H2)=4amol/2L=2amol/L、c(CO)= 2amol/2L= amol/L ,充分反应后测得CO的转化率为50,则参加反应的c(CO)=amol/L50= 0.5amol/L ,
该反应 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
开始mol/L a 2a 0
反应mol/L 0.5a a 0.5a
平衡mol/L 0.5a a 0.5a
化学平衡常数K=c(CH3OH)/[c(CO).c2(H2) ]=0.5a/(0.5aa2)=1/a2
若此时再向该容器中投入amolCO、2amolH2和amolCH3OH ,浓度为c(CO)= 0.5amol/L+0.5amol/L=amol/L;c=(H2)=amol/L+amol/L=2amol/L ,c(CH3OH)=0.5amol/L+0.5amol/L=amol/L ,浓度商Q=a/[a(2a)2]=1/4a2<1/a2,所以平衡正向移动,平衡时CO浓度增大。因此，本题正确答案是: 1/a2;正向移动;增大。