Question

7．利用CO和H₂可以合成甲醇，反应原理为CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）．一定条件下，在容积为V L的密闭容器中充入a mol CO与2a mol H₂合成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示．
（1）p₁＜p₂（填“＞”、“＜”或“=”），理由是甲醇的合成反应是分子数减少的反应，相同温度下，增大压强CO的转化率提高．
（2）该甲醇合成反应在A点的平衡常数K=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$（用a和V表示）．
（3）该反应达到平衡时，反应物转化率的关系是CO=H₂．（填“＞”、“＜”或“=”）
（4）下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高CO转化率的是C（填字母）．
A．使用高效催化剂              B．降低反应温度
C．增大体系压强                D．不断将CH₃OH从反应混合物中分离出来．

Answer 1

分析 （1）相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大；
（2）根据图可知，在A点，CO的转化率为0.75，所以平衡时n（CO）=amol×（1-0.75）=0.25amol，n（CH₃OH）=c（CO）（参加反应）=amol×0.5=0.75amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.75=0.5amol，则c（CO）=$\frac{0.25a}{V}$mol/L、c（CH₃OH）=$\frac{0.75a}{V}$mol/L、c（H₂）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L，根据化学平衡常数K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）•c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$计算；
（3）反应物的物料之比等于反应方程式中的系数之比，则两种反应的转化率相等，据此判断
（4）影响反应速率的因素有温度、浓度、压强和催化剂，影响平衡移动的因素有温度、浓度和压强，据此分析．

解答 解：（1）甲醇的合成反应是分子数减少的反应，相同温度下，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大，根据图象知，p₁＜p₂，
故答案为：＜；甲醇的合成反应是分子数减少的反应，相同温度下，增大压强CO的转化率提高；
（2）根据图可知，在A点，CO的转化率为0.75，所以平衡时n（CO）=amol×（1-0.75）=0.25amol，n（CH₃OH）=c（CO）（参加反应）=amol×0.5=0.75amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.75=0.5amol，则c（CO）=$\frac{0.25a}{V}$mol/L、c（CH₃OH）=$\frac{0.75a}{V}$mol/L、c（H₂）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L，所以K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）•c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.75a}{V}}{\frac{0.25a}{V}×（{\frac{0.5a}{V}）}^{2}}$=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$，
故答案为：$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
（3）反应物的物料之比等于反应方程式中的系数之比，则两种反应的转化率相等，该反应中反应物CO 和H₂的系数之比为1：2，等于投入的物料之比，所以CO 和H₂的转化率相等，
故答案为：=；
（4）a．使用高效催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，故不选；
b．降低反应温度，反应速率减慢，故不选；
c．增大体系压强，反应速率加快，平衡正向移动，CO的转化率增大，故选；
d．不断将CH₃OH从反应混合物中分离出来，反应速率减慢，故不选；
故答案为：C．

点评 本题考查了化学平衡常数表达式书写以及计算、化学平衡影响因素分析判断、化学平衡状态的判断，掌握基础是关键，题目难度中等．