Question

20．工业上一般以CO和H₂为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）△H=-116kJ/mol
（1）该反应的化学平衡常数K表达式为$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；温度升高，平衡常数K减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）下列措施中有利于增大该反应的反应速率且提高转化率的是d（填字母序号）．
a．随时将CH₃OH与反应混合物分离       
b．降低反应温度
c．使用高效催化剂                   
d．增大体系压强
（3）一定条件下，将1 mol CO与3 mol H₂的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是cd（填字母序号）．
a．c （ H₂ ）减少                
b．正反应速率加快，逆反应速率减慢
c．CH₃OH 的物质的量增加        
d．重新平衡$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$减小
（4）一定温度下，向1L密闭容器中加入1molCH₃OH（g）使其分解，测得气体CO的物质的量随时间的变化如图1所示．则0～2min内的平均反应速率v（H₂）=0.1mol/（L．min）．
（5）在密闭容器中充有1mol CO与2 mol H₂，在催化剂作用下反应生成甲醇，CO的转化率（α）与温度（T）、压强（P）的关系如图2所示．
①若A、C两点分别表示达到的平衡状态．则自反应开始达到平衡状态所需要的时间t_A大于t_C（填“大于”、“小于”或“等于”）
②若A点时容器的体积为1L，该温度下A点的平衡常数K=1 L²•mol^-2．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小；
（2）升高温度、增大物质浓度、增大压强、使用催化剂等可以加快反应速率，要提高转化率，应使平衡正向移动；
（3）a．体积压缩，平衡时各组分的浓度均增大；
b．体积压缩，压强增大，正逆反应速率都增大；
c．体积压缩，压强增大，平衡正向移动；
d．体积压缩，压强增大，平衡正向移动，氢气物质的量减小，甲醇物质的量增大；
（4）2min到达平衡，生成CO为0.1mol，根据方程式可知生成氢气为0.2mol，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂）；
（5）①温度越高，反应速率越快，到达平衡时间越短；
②A点时容器的体积为1L，CO转化率为0.5，消耗CO为0.5mol，则：
                CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始浓度（mol/L）：1        2          0
变化浓度（mol/L）：0.5      1          0.5
平衡浓度（mol/L）：0.5     1          0.5
再根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算平衡常数．

解答 解：（1）CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）的化学平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小；
故答案为：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；减小；
（2）a．随时将CH₃OH与反应混合物分离，平衡正向移动，转化率增大，但反应速率减慢，故a错误；
b．降低反应温度，平衡正向移动，转化率增大，但反应速率减慢，故b错误；
c．使用高效催化剂，加快反应速率，但不影响平衡移动，转化率不变，故c错误；
d．增大体系压强，反应速率加快，正反应为气体体积减小的反应，平衡正向移动，转化率增大，故d正确，
故选：d；
（3）a．体积压缩，压强增大，平衡正向移动，平衡常数不变，则平衡时各组分的浓度均增大，故a错误；
b．体积压缩，压强增大，正逆反应速率都增大，平衡正向移动，正反应速率增大更多，故b错误；
c．体积压缩，压强增大，平衡正向移动，CH₃OH 的物质的量增加，故c正确；
d．体积压缩，压强增大，平衡正向移动，氢气物质的量减小，甲醇物质的量增大，重新平衡$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$减小
，故d正确，
故选：cd；
（4）2min到达平衡，生成CO为0.1mol，根据方程式可知生成氢气为0.2mol，则v（H₂）=$\frac{\frac{0.2mol}{1L}}{2min}$=0.1mol/（L．min），
故答案为：0.1mol/（L．min）；
（5）①温度A＜C，温度越高，反应速率越快，到达平衡时间越短，到平衡状态所需要的时间t_A＞t_C，
故答案为：大于；
②A点时容器的体积为1L，CO转化率为0.5，消耗CO为0.5mol，则：
                CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始浓度（mol/L）：1        2          0
变化浓度（mol/L）：0.5      1         0.5
平衡浓度（mol/L）：0.5     1         0.5
故平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5mol/L}{0.5mol/L×（1mol/L）^{2}}$=1 L²•mol^-2，
故答案为：1 L²•mol^-2．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数、化学反应速率计算及影响因素、化学平衡图象等，理解掌握平衡移动原理．