Question

15．工业上合成甲醇的反应为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0.500℃，5MPa条件下，将0.20mol CO与0.58mol H₂的混合气体充入2L恒容密闭容器发生反应，反应过程中甲醇的物质的量浓度随时间的变化如图所示
（1）利用△H-T△S判断，该反应在低温条件下自发进行（填“高温”“低温”、或“任何温度”）．
（2）计算500℃时该反应的平衡常数K=4．CO 的平衡转化率为20%．
（3）下列措施可增大甲醇产率的是AD．
A．压缩容器体积                   B．将CO（g）从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大   D．再充入0.20mol CO和0.58mol H₂
（4）可判断可逆反应达到平衡状态的依据是CD．
A．v_正（CO）=2v_逆（H₂）         
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．容器中CO、H₂、CH₃OH的物质的量之比为1：2：1
E．混合气体压强不再随时间变化而变化
（5）若其它条件不变，使反应在300℃下进行，在上图中作出甲醇的物质的量浓度随时间的变化的示意图．

Answer 1

分析 （1）当△H-T△S＜0时，反应自发进行，结合方程式分析即可；
（2）500℃，5MPa条件下，将0.20mol CO与0.58mol H₂的混合气体充入2L恒容密闭容器发生反应，图象中达到平衡状态甲醇浓度为0.02mol/L，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．
起始量（mol/L） 0.10     0.29      0
变化量（mol/L） 0.02     0.04     0.02
平衡量（mol/L） 0.08     0.25     0.02
平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（3）结合影响平衡移动的因素，使平衡正向移动即可；
（4）化学平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分浓度保持不变分析选项；
（5）结合影响反应速率和影响平衡移动的因素解答，温度降低，反应速率减慢，达到平衡时间长．正反应放热，降温时平衡正向移动，平衡时甲醇浓度比500℃高，据此绘制变化图象．

解答 解：（1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，300℃，该反应的反应物有3mol气体，生成物有1mol气体，所以△S＜0，反应自发进行△H-T△S＜0，故低温下满足△H-T△S＜0，
故答案为：低温；
（2）500℃，5MPa条件下，将0.20mol CO与0.58mol H₂的混合气体充入2L恒容密闭容器发生反应，图象中达到平衡状态甲醇浓度为0.02mol/L，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．
起始量（mol/L） 0.10     0.29      0
变化量（mol/L） 0.02     0.04     0.02
平衡量（mol/L） 0.08     0.25     0.02
平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$=$\frac{0.02}{0.08×0.2{5}^{2}}$=4，
CO转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{0.02mol/L}{0.10mol/L}$=20%，
故答案为：4，20%；
（3）A、对于反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反应物气体体积大于生成物，压缩容器体积时，压强增大，平衡正向移动，可增加甲醇产率，A正确；
B、分离出CO，平衡逆向移动可减少甲醇产率，故B错误；
C、充入He，不影响各气体的分压，平衡不移动，不能增加甲醇产率，故C错误；
D、体积不变，再充入0.20mol CO和0.58mol H₂反应物气体，平衡正向移动，可增加甲醇产率，故D正确．
故选AD；
故答案为：AD；
（4）可逆反应达到平衡状态的依据是正逆反应速率相同，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反应是气体体积较小的放热反应，
A．2v_正（CO）=v_逆（H₂）说明氢气正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，v_正（CO）=2v_逆（H₂）不能说明反应达到平衡状态，故A错误；   
B．反应前后气体质量不变，容器体积不变，反应过程中密度不变，混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡，故B错误；
C．反应前后气体物质的量减小，质量守恒，混合气体的平均相对分子质量增大，混合气体的平均相对分子质量不变说明反应达到平衡状态，故C正确；
D．容器中CO、H₂、CH₃OH的物质的量之比为1：2：1，符合反应之比，但不能说明正逆反应速率相同，故D错误；
E．发邀请函气体物质的量发生变化，当混合气体压强不再随时间变化而变化说明反应达到平衡状态，故E正确；
故答案为：CE；
（5）温度降低，反应速率减慢，达到平衡时间长．正反应放热，降温时平衡正向移动，平衡时甲醇浓度比500℃高，可得右图：，
故答案为：．

点评 本题考查了化学平衡三段式计算，平衡标志的分析判断，恒温恒容容器，恒温恒压容器的分析判断是解题关键，气体压强之比和物质的量之比成正比例，题目难度中等．