Question

12．在某温度下、容积均为2L的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温恒容，使之发生反应：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-dkJ•mol^-1（d＞0）．初始投料与各容器达到平衡时的有关数据如表：

实验	甲	乙	丙
初始投料	2mol　H2、1mol　CO	1mol　CH3OH	4mol　H2、2mol　CO
平衡时n（CH3OH）	0.5mol	n2	n3
反应的能量变化	放出Q1KJ	吸收Q2KJ	放出Q3KJ
体系的压强	P1	P2	P3
反应物的转化率	α1	α2	α3

（1）该温度下此反应的平衡常数K为4．
（2）三个容器中的反应分别达平衡时各组数据关系正确的是AB
A．α₁+α₂=1　　　B．Q₁+Q₂=d　　　　　 C．α₃＜α₁
D．P₃＞2P₁=2P₂ E．n₂＜n₃＜1.0mol　 　 F．Q₃＜2Q₁
（3）在其他条件不变的情况下，在第5min 时将甲容器的体系体积压缩到1L，若在第8min达到新的平衡，从0min开始到新平衡时H₂的转化率为65.5%，请在图中画出第5min到新平衡时CH₃OH的物质的量浓度的变化曲线．

Answer 1

分析 （1）发生反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算平衡常数；
（2）A．甲、乙为等效平衡，平衡时CO的物质的量相等，令平衡时CO为amol，表示出甲中CO转化率、乙中甲醇的转化率，据此计算判断；
B．甲、乙为等效平衡，平衡时CO的物质的量相等，令平衡时CO为bmol，根据热化学方程式表示出甲中放出热量Q₁、乙中吸收的热量Q₂，据此计算判断；
C．丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍；
D．甲、乙为等效平衡，平衡时对应各组分的物质的量相等，二者压强等效，丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍，平衡向正反应移动，平衡时混合气体的物质的量小于甲中的2倍；
E．结合D中的分析解答；
F．丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍，平衡向正反应移动，丙中参加反应的CO的物质的量大于甲中的2倍；
（3）根据已知条件求出甲醇在5min和8min时的物质的量浓度，然后再作图即可．

解答 解：（1）CO的起始浓度=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，氢气的起始浓度=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，达到平衡时c（CH₃OH）=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L，则：
                            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol/L）：0.5          1                     0
变化（mol/L）：0.25       0.5                  0.25
平衡（mol/L）：0.25       0.5                 0.25
所以：平衡常数K=$\frac{0.25}{0.25×0．{5}^{2}}$=4，
故答案为：4；
（2）A．甲、乙为等效平衡，平衡时CO的物质的量相等，令平衡时CO为amol，甲中CO转化率α₁=$\frac{1-α}{1}$=1-a，平衡时甲醇的物质的量=（1-a）mol，乙中参加反应的甲醇为amol，乙中的转化率α₂=a，故α₁+α₂=1，故A正确；
B．甲、乙为等效平衡，平衡时CO的物质的量相等，令平衡时CO为bmol，则甲中参加反应的CO为（1-b）mol，放出的热量Q₁=d（1-b），乙中参加反应的甲醇为bmol，吸收的热量Q₂=bd，故Q₁+Q₂=d（1-b）+bd=d，故B正确；
C．丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍，平衡向正反应方向移动，转化率增大，即α₃＞α₁ ，故C错误；
D．甲、乙为等效平衡，平衡时对应各组分的物质的量相等，二者压强等效，丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍，平衡向正反应移动，平衡时混合气体的物质的量小于甲中的2倍，故压强P₃＜2P₁=2P₂ ，故D错误；
E．由D中分析可知，n₂=0.5，n₃＞1.0mol，故E错误；
F．丙与甲相比，可以等效为在甲的基础上，压强增大一倍，平衡向正反应移动，丙中参加反应的CO的物质的量大于甲中的2倍，则Q₃＞2Q₁，故F错误，
故答案为：AB；
（3）将甲容器的体系体积压缩到1L，若在第8min 达到新的平衡时，
                          2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）
初始量（mol）：2                1                0
变化量（mol）：1.31          0.652         0.652
平衡量（mol）：0.69          0.348           0.652
所以达到平衡时，甲醇的物质的量浓度是0.652mol/L，在第5min时，由于体积减半，所以甲醇的浓度应该加倍，即为0.25mol/L×2=0.5mol/L，所以5-8min内，甲醇的物质的量浓度从0.5mol/L升高到0.652mol/L，如图所示：；
故答案为：．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡的计算、平衡图象绘制等，题目难度中等，要准确理解等效平衡问题，注意对结论的理解掌握．