Question

能源问题是当代社会面临的重大课题，甲醇是未来的重要能源物质．合成甲醇的反应为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
请回答下列问题：
（1）如图是某次合成实验过程中甲醇的体积分数φ（CH₃OH）与反应温度T的关系曲线，则该反应的△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）；工业上合成甲醇的适宜条件为一定温度和

 

．
（2）在一定温度下，向一个容积不变的密闭容器中通入2.5molCO和7.5mol H2，达到平衡时CO的转化率为90%，则此时容器内的压强为开始时的

 

倍．
（3）保持和（2）相同的条件，将起始时各物质改为a mol CO、b mol H2、c mol CH3OH，若欲使平衡状态与（2）的相同，则a、b应满足的关系为

 

；若欲使开始时反应向逆反应方向进行、且平衡状态与（2）的相同，则c的取值范围是

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据温度对化学平衡的影响来判断反应的吸放热情况，根据外条件对反应速率和产率的综合考虑来选择外界条件；
（2）根据化学反应前后压强之比等于物质的量之比来计算；
（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；
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2.5mol CO时c的值最大．

解答： 解：（1）根据图示信息，当达到化学平衡以后（甲醇含量的最高点），升高温度，甲醇的体积分数减小，说明平衡逆向移动，所以该反应是一个放热反应，高压、催化剂利用合成氨，工业上合成甲醇的适宜条件为一定温度和高压、催化剂，
故答案为：＜；高压、催化剂；
（2）根据题意得到：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始物质的量（mol）  2.5      7.5        0 
变化的物质的量（mol） 2.25     4.5        2.25
平衡的物质的量 （mol）0.25      3          2.25
所以此时容器内的压强和开始时的比值为（0.25+3+2.25）：（ 2.5+7.5）=0.55，
故答案为：0.55；  
（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=2.5，b+2c=7.5，解得2a+2.5=b．
对于反应     CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）；
开始（mol）：2.5     7.5               0
变化（mol）：2.25    4.5               2.25 
平衡（mol）：0.25    3                 2.25
平衡时CH₃OH的物质的量为2.25mol，所以c＞2.25mol平衡向逆反应进行．按化学计量数转化到左边，得到2.5mol CO时c的值最大．所以c最大为2.5mol．所以2.25＜c≤2.5．
故答案为：2a+2.5=b；2.25＜c≤2.5．

点评：本题考查平衡计算、等效平衡等，难度较大，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．