题目内容

2．工业上一般在密闭容器中采用下列反应合成甲醇：
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）．
（1）不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示．
①该反应△H＜0 （填“＞”或“＜”，下同），△S＜0，则该反应不一定（填“一定”“一定不”或“不一定”）能自发进行
②实际生产条件控制在250℃、l.3×l04kPa左右，你认为选择此压强的理由是该压强下，CO转化率已较高（90%左右），再增大压强CO转化率提高不大，且生产成本增加．
（2）某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中，3分钟后，达到平衡状态，测得c（CO）=0.1mol•L -1．
①反应初始3min内H2的平均反应速率为0.6mol/（L•min），该反应的平衡常数K=6.25．
②在其他条件不变的情况下，将容器体积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，达到新平衡时，与原平衡相比，下列有关说法正确的是bc（填字母）．
a．氢气的浓度减少               b．正反应速率加快，逆反应速率也加快
c．甲醇的物质的量增加           d．n（H2）/n（CH3OH）增大．

分析 （1）①由图象可知，压强一定时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，据此判断△H；根据反应前后气体物质的量的变化判断△S；根据△G=△H-T△S判断反应自发性问题；
②由图可知，在250℃、1.3×104kPa左右，CO转化率已较高（达90%左右），增大压强CO转化率提高不大，且生产成本增加；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$进行计算3min内H2的平均反应速率，利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，再根据k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算；
②增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向，平衡时各组分的浓度都增大，据此判断．

解答 解：（1）①由图象可知，压强一定时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，即△H＜0；
该反应正反应是气体物质的量减小的反应，故熵减小，即△S＜0；
由△G=△H-T△S＜0，反应自发进行，可知该反应在低温趋向自发进行，高温下不能自发进行，该反应不一定自发进行，
故答案为：＜；＜；不一定；
②由图可知，在250℃、1.3×104kPa左右，CO转化率已较高（达90%左右），增大压强CO转化率提高不大，且生产成本增加，故实际生产条件控制在1.3×104kPa左右，
故答案为：该压强下，CO转化率已较高（90%左右），再增大压强CO转化率提高不大，且生产成本增加；
（2）①2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中，CO、H2的起始浓度分别为$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L、$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，充分反应后，达到平衡时测得c（CO）=0.1 mol/L，CO浓度变化为1mol/L-0.1mol/L=0.9mol/L，则：
                      CO（g）+2H2（g）?CH30H（g）
开始（mol/L）：1          3                    0
变化（mol/L）：0.9      1.8                 0.9
平衡（mol/L）：0.1       1.2                 0.9
3min内H2的平均反应速率v（H2）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.8mol/L}{3min}$=0.6mol/（L•min），故该温度下，该反应的平衡常数k=$\frac{0.9}{0.1×1．{2}^{2}}$=6.25，
故答案为：0.6mol/（L•min）；6.25；
②a．增大压强，平衡时氢气的浓度增大，故a错误；
b．增大压强，反应物、生成物的浓度都增大，故正、逆反应速率都加快，故b正确；
c．增大压强平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增加，故c正确；
d．增大压强平衡向正反应方向移动，氢气的物质的量减小、甲醇的物质的量增大，故重新平衡时K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$减小，故d错误，
故答案为：bc．

点评 本题综合考查化学平衡问题，涉及化学反应自发性判断、化学平衡常数、化学平衡影响因素等，掌握化学平衡原理的熟练应用是解答关键，题目难度中等．

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