Question

15．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．工业上一般可采用下列反应合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H
（1）化学平衡常数（K）的表达式为$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$．
（2）下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.04	0.25	0.012

由表中数据判断△H＜0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）某温度下，将6mol CO和4.4mol H₂充入2L的密闭容器中，10min该反应达到平衡，测得c（CO）=2.4mol•L^-1，则用H₂表示的10min内该反应的反应速率为0.12mol•L^-1•min^-1，此时的温度为300℃（从上表中选择），H₂转化率=54.5%．
（4）判断该可逆反应达到化学平衡状态的标志是③④⑥（填序号）．
①单位时间内，消耗2mol H₂，同时生成1molCH₃OH
②混合气体的密度不再改变
③混合气体的平均相对分子质量不再改变
④CO、H₂、CH₃OH的浓度均不再变化
⑤CO、H₂、CH₃OH的分子数目比为1：2：1
⑥混合气体的总压强不再变化．

Answer 1

分析 （1）平衡常数是指一定温度下，可能反应到达平衡时生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的乘积的比；
（2）由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；
（3）某温度下，将6mol CO和4.4mol H₂充入2L的密闭容器中，10min该反应达到平衡，测得c（CO）=2.4mol•L^-1，则：
             CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始量（mol/L）：3      2.2       0
变化量（mol/L）：0.6    1.2       0.6
平衡量（mol/L）：2.4    1         0.6
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂）；计算平衡常数，判断反应温度；氢气转化率=$\frac{氢气浓度变化量}{氢气起始浓度}$×100%；
（4）当反应达到平衡状态时，同种物质的正、逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态．

解答 解：（1）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）的平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（2）由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，而升高温度平衡向吸热反应移动，故正反应为放热反应，即△H＜0，
故答案为：＜；
（3）某温度下，将6mol CO和4.4mol H₂充入2L的密闭容器中，10min该反应达到平衡，测得c（CO）=2.4mol•L^-1，则：
             CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始量（mol/L）：3     2.2        0
变化量（mol/L）：0.6   1.2        0.6
平衡量（mol/L）：2.4   1          0.6
故v（H₂）=$\frac{1.2mol/L}{10min}$=0.12mol/（L．min）；
该温度下平衡常数K=$\frac{0.6}{2.4×{1}^{2}}$=0.25，故反应温度为300℃；氢气转化率=$\frac{1.2mol/L}{2.2mol/L}$×100%=54.5%；
故答案为：0.12；300℃；54.5%；
（4）①单位时间内消耗2mol H₂同时生成1molCH₃OH，均表示正反应速率，反应始终按该比例关系进行，故错误；
②混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体的密度始终不变，故错误；
③混合气体总质量不变，随反应进行混合气体总的物质的量减小，混合气体的平均相对分子质量增加，平均相对分子质量不再改变说明到达平衡，故正确；
④CO、H₂、CH₃OH的浓度均不再变化说明到达平衡，故正确；
⑤CO、H₂、CH₃OH的分子数目比与反应物起始投入量及转化率有关，不一定等于化学计量数之比，故错误；
为1：2：1
⑥混合气体总质量不变，随反应进行混合气体总的物质的量减小，恒温恒容下混合气体压强减小，当混合气体的总压强不再变化说明到达平衡，故正确，
故选：③④⑥．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡状态判断、反应速率计算、平衡常数等，注意判断平衡的物理量应随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态．