Question

14．甲醇是重要的化工原料，在化工生产中有广泛的应用．
（1）已知反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=Q
在20L的密闭容器中，按物质的量之比1：2充入CO和H₂，测得CO的转化率随温度及压强的变化如下图所示，P₂及195℃时n（H₂）随时间的变化如表所示：

t/min	0	1	3	5
n（H2）/mol	8	5	4	4

①O～3min，平均速率V（CH₃OH）=O.033mo1•L^-1•min^-1，Q＜0（填“＜”“=”或“＞”）．
②图中压强（P₁、P₂）的大小顺序为P₁＜P₂，理由是相同温度下，增大压强CO转化率提高．
③在P₂及195℃时，该反应的平衡常数K=25．

Answer 1

分析 （1）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂），再利用速率之比等于其化学计量数之比计算v（CH₃OH）；
由图可知，随温度升高，CO的转化率降低，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动；
②由图可知，相同温度下，压强P₂平衡时CO的转化率更大，而正反应为气体体积减小的反应，结合压强对平衡移动的影响判断；
③在20L的密闭容器中，按物质的量之比1：2充入CO和H₂，开始氢气的浓度为：$\frac{8mol}{20L}$=0.4mol/L，CO浓度为$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，由表中数据可知，3min到达平衡，平衡时氢气浓度为$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，则：
              CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol/L）：0.2   0.4      0
转化（mol/L）：0.1   0.2      0.1
平衡（mol/L）：0.1   0.2      0.1
代入平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算．

解答 解：（1）①由表中数据可知，3min内参加反应氢气为8mol-4mol=4mol，故v（H₂）=$\frac{\frac{4mol}{20L}}{3min}$=$\frac{1}{15}$mol/（L．min），速率之比等于其化学计量数之比，则v（CH₃OH）=$\frac{1}{2}$v（H₂）=$\frac{1}{2}$×$\frac{1}{15}$mol/（L•min）=0.033mol/（L•min）；
由图可知，随温度升高，CO的转化率降低，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Q＜0，
故答案为：0.033mol/（L•min）；＜；
②由图可知，相同温度下，压强P₂平衡时CO的转化率更大，而正反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，CO的转化率提高，故压强P₁＜P₂，
故答案为：P₁＜P₂；相同温度下，增大压强CO转化率提高；
③在20L的密闭容器中，按物质的量之比1：2充入CO和H₂，开始氢气的浓度为：$\frac{8mol}{20L}$=0.4mol/L，CO浓度为：$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，由表中数据可知，3min到达平衡，平衡时氢气浓度为：$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，则：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol/L）：0.2    0.4       0
转化（mol/L）：0.1    0.2      0.1
平衡（mol/L）：0.1    0.2      0.1
故平衡常数K=$\frac{0.1}{0.1×0．{2}^{2}}$=25，
故答案为：25．

点评 本题平衡常数计算等，题目难度中等，明确化学平衡及其影响因素为解答关键，掌握三段式在化学平衡计算的应用，试题培养了学生的化学计算能力．