Question

1．工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
（1）判断反应达到平衡状态的依据是（填字母序号，下同）CDE．
A、生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等
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、CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化
E、容器中气体的压强不再改变
（2）表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数（K）．

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①写出该反应的平衡常数K的表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$
 ②由表中数据判断该反应的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）；
 ③某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，5min时达到平衡，测得c（CO）=0.2mol/L，则CO的转化率为80%，此时的温度为250℃，在0～5min内，以H₂表示的平均反应速率为0.32mol•L^-1•min^-1，平衡时CH₃OH的浓度为0.8mol•L^-1•

Answer 1

分析 （1）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变；
（2）①化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
②升高温度平衡向吸热方向移动，根据温度与化学平衡常数关系确定反应热；
③达到平衡状态时n（CO）=0.2mol/L×2L=0.4mol，CO转化率=$\frac{参加反应的n（CO）}{反应初始n（CO）}$×100%；先计算平衡常数，再根据平衡常数与温度关系确定温度；v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$，根据CO和甲醇关系式计算生成的n（CH₃OH），再根据c=$\frac{n}{V}$计算甲醇平衡浓度．

解答 解：（1）A、无论反应是否达到平衡状态都存在生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等，不能据此判断平衡状态，故错误；
B、无论反应是否达到平衡状态，混合气体的密度始终不变，不能据此判断平衡状态，故错误；
C、反应前后气体的物质的量减小，混合气体的质量不变，则反应前后混合气体的平均相对分子质量增大，当混合气体的平均相对分子质量不变时，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；
D、CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；
E、反应前后气体的压强减小，当容器中气体的压强不再改变时，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；
故选CDE；
（2）①化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，即K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案为：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②升高温度化学平衡常数减小，平衡逆向移动，则正反应是放热反应，△H＜0故答案为：＜；
③达到平衡状态时n（CO）=0.2mol/L×2L=0.4mol，CO转化率=$\frac{参加反应的n（CO）}{反应初始n（CO）}$×100%=$\frac{（2-0.4）mol}{2mol}$×100%=80%；开始c（CO）=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L、c（H₂）=$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol/L）1           3               0
反应（mol/L）0.8       1.6            0.8
平衡（mol/L）0.2       1.4            0.8
化学平衡常数K=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.041，则温度是250℃；
v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.6mol/L}{5min}$=0.32mol/（L．min）；
平衡时（CH₃OH）=0.8mol/L，
故答案为：80%；250℃；0.32；0.8．

点评 本题考查化学平衡计算及化学平衡状态判断，为高频考点，侧重考查学生对化学平衡状态特征的理解及化学平衡知识的灵活运用，利用三段式分析解答，注意：计算化学平衡常数时必须用平衡时各物质浓度，不是任意时刻浓度．