Question

17．工业上采用CO和H₂合成再生能源甲醇，其反应式为：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g），
（1）在一容积可变的密闭容器中，充有10molCO和20molH₂，用于合成甲醇，CO的平衡转化率α与温度T，压强P关系如图1，则上述反应为放热反应（填“放热”或“吸热”），平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系为K_A=K_B＞K_C．若平衡状态A容器的体积为10L，则平衡状态B时容器的体积为2 L
（2）图2中虚线为该反应在一定条件并使用催化剂条件下，起始H₂和CO投料比和CO平衡转化率的关系．当其他条件完全相同时，用实线画出不使用催化剂情况下，起始H₂和CO投料比和CO平衡转化率的关系．

Answer 1

分析 （1）由图可知，压强一定时，随温度升高CO的转化率减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；
温度不变，化学平衡常数不变，温度升高平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小；
根据CO的转化率计算平衡时A中各组分物质的量，再根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算平衡常数，A、B两点温度相同，二者平衡常数相同，结合B中CO转化率计算平衡时B中各组分物质的量，再根据平衡常数计算平衡时B容器的容积；
（2）不使用催化剂情况下，反应速率减慢，到达平衡时间变长，不影响平衡移动，平衡时CO转化率不变．

解答 解：（1）由图可知，随温度升高CO的转化率减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应；
因B点与A点温度相同，K不变，对于上述反应温度升高平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，所以A、B、C三点的平衡常数K_A=K_B＞K_C；
T₁时，A点对应的α=0.5，则：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：10     20        0
变化量（mol）：5      10        5
平衡量（mol）：5      10        5
平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{5}{10}}{\frac{5}{10}×（\frac{10}{10}）^{2}}$=1，A、B两点温度相同，二者平衡常数相同，
B中平衡时CO转化率为0.8，则：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：10     20        0
变化量（mol）：8      16        8
平衡量（mol）：2      4         8
设平衡时B容器的容积为VL，则：$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）^{2}}$=1，解得V=2，
故答案为：放热；K_A=K_B＞K_C；2；
（2）不使用催化剂情况下，反应速率减慢，到达平衡时间变长，不影响平衡移动，平衡时CO转化率不变，不使用催化剂情况下，起始H₂、CO投料比和CO平衡转化率的关系示意图：，
故答案为：．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡常数应用、化学平衡影响因素等，是对学生综合能力的考查，难度中等．