Question

工业上一般在密闭容器中采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃0H（g）
（1）不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示．
①该反应△H

 

O，△S

 

0（填“＞”或“＜”），则该反

 

自发进行（填“一定能”、“一定不能”、“不一定”）
②实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是

 

．
（2）某温度下，将2molCO和6mOlH₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c（CO）=O.1 mol?L^-1．
①该反应的平衡常数K=

 

；
②在其他条件不变的情况下，将容器体积压缩到原来的

1

2

，与原平衡相比，下列有关说法正确的是

 

（填序号）．
a．氢气的浓度减少    b．正反应速率加快，逆反应速率也加快
c．甲醇的物质的量增加  d．重新平衡时

n(H2)

n(CH3OH)

增大
③若保持同一反应温度将起始物质改为a mol CO、b mol H₂、c mol CH₃OH，欲使平衡混合物中各组成与原平衡相同，则a、b应满足的关系为

 

，且欲使开始时该反应向逆反应方向进行，c的取值范围是

 

．

Answer 1

分析：（1）①由图象可知，压强一定时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，据此判断△H；根据反应前后气体物质的量的变化判断△S；根据△G=△H-T△S判断反应自发性问题；
②由图可知，在250℃、1.3×10⁴kPa左右，CO转化率已较高（达90%左右），增大压强CO转化率提高不大，且生产成本增加；
（2）①利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，再根据k=

c(CH3OH)

c(CO)×c2(H2)

计算；
②增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向，平衡时各组分的浓度都增大，据此判断；
③各组成与原平衡相同说明为等效平衡，恒温恒容，前后气体体积变化，按化学计量数转化到左边，满足对于物质的物质的量相等即可，据此解答a、b的关系；
计算出平衡时CH₃OH（g）的物质的量，c大于此值平衡向逆反应进行，按化学计量数转化到左边，得到2mol CO时c的值最大，据此计算解答．

解答：解：（1）①由图象可知，压强一定时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，即△H＜0；
该反应正反应是气体物质的量减小的反应，故熵减小，即△S＜0；
由△G=△H-T△S＜0，反应自发进行，可知该反应在低温趋向自发进行，高温下不能自发进行，该反应不一定自发进行，
故答案为：＜；＜；不一定；
②由图可知，在250℃、1.3×10⁴kPa左右，CO转化率已较高（达90%左右），增大压强CO转化率提高不大，且生产成本增加，故实际生产条件控制在1.3×10⁴kPa左右，
故答案为：该压强下，CO转化率已较高（90%左右），再增大压强CO转化率提高不大，且生产成本增加；
（2）①2molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中，CO、H₂的起始浓度分别为

2mol

2L

=1mol/L、

6mol

2L

=3mol/L，充分反应后，达到平衡时测得c（CO）=0.1 mol/L，CO浓度变化为1mol/L-0.1mol/L=0.9mol/L，则：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃0H（g）
开始（mol/L）：1       3        0
变化（mol/L）：0.9     1.8      0.9
平衡（mol/L）：0.1     1.2      0.9
故该温度下，该反应的平衡常数k=

0.9

0.1×1．22

=6.25，
故答案为：6.25；
②a．增大压强，平衡时氢气的浓度增大，故a错误；
b．增大压强，反应物、生成物的浓度都增大，故正、逆反应速率都加快，故b正确；
c．增大压强平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增加，故c正确；
d．增大压强平衡向正反应方向移动，氢气的物质的量减小、甲醇的物质的量增大，故重新平衡时

n(H2)

n(CH3OH)

减小，故d错误，
故答案为：bc；
③各组成与原平衡相同说明为等效平衡，恒温恒容，前后气体体积变化，按化学计量数转化到左边，满足对于物质的物质的量相等即可，所以有：a+c=2，b+2c=6，整理得b=2+2a；
由①计算可知，平衡时CH₃OH的物质的量为0.9mol/L×2L=1.8mol，所以c＞1.8mol平衡向逆反应进行．按化学计量数转化到左边，得到2mol CO时c的值最大，所以c最大为2mol．所以1.8＜c＜≤2，
故答案为：b=2+2a；1.8＜c＜≤2．

点评：本题综合性较大，涉及化学反应自发性判断、化学平衡常数、化学平衡影响因素、等效平衡计算等，（2）③注意等效思想的运用以及运用极限方法确定c的取值范围．