Question

3．甲醇是重要的化工原料和燃料．工业上利用合成气（主要成分为CO、CO₂和H₂）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41kJ/mol
（1）反应①中的△H=-99kJ/mol．
（2）若T℃时将6molCO₂和8molH₂充入2L密闭容器中发生反应②，测得H₂的物质的量随时间变化如图中状态Ⅰ（图中实线）所示．图中数据A（1，6）代表在1min时H₂的物质的量是6mol．

①T℃时，状态Ⅰ的条件下达到平衡时，反应②的平衡常数K=0.5；
②若其它条件不变，仅改变某一条件，测得H₂物质的量随时间变化如图状态Ⅱ所示，则改变的条件可能是增大压强；
③若其它条件不变，仅改变温度时，测得H₂的物质的量随时间变化如图状态Ⅲ所示，则状态Ⅲ对应的温度＞（填“＞”“＜”或“=”）T℃；
④若状态Ⅱ、状态Ⅲ的平衡常数分别为K₂和K₃，则K₂＞K₃（填“＞”“＜”“=”）．
⑤一定温度下，若反应在恒容容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态的依据是bc
a．甲醇和水蒸气的体积比保持不变     b．容器中压强保持不变
c．v正（H₂）=3v逆（CH₃OH）        d．2个C=O断裂的同时有6个H-H断裂．

Answer 1

分析 （1）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41kJ/mol
根据盖斯定律，②-③=①，据此计算；
（2）①根据图象可知，反应在8min达到平衡，此时氢气的物质的量为2mol，列三段式，计算化学平衡常数K；
②Ⅱ在4min达到平衡，且平衡时氢气的物质的量比Ⅰ小，说明反应速率加快，且平衡正向移动，再根据影响化学平衡的因素分析可得；
③状态Ⅲ反应速率快，平衡时氢气的物质的量较Ⅰ大，说明平衡逆向移动，故温度升高了；
④根据温度对化学平衡的移动可得K的大小；
⑤可逆反应平衡时，正逆反应速率相等，各组分含量保持不变，据此分析．

解答 解：（1）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41kJ/mol
根据盖斯定律，②-③=①，则①中的△H=-58kJ/mol-41kJ/mol=-99kJ/mol；
故答案为：-99；
（2）①T℃时将6molCO₂和8molH₂充入2L密闭容器中发生反应②，根据图象可知，反应在8min达到平衡，此时氢气的物质的量为2mol，列三段式：
                          CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L）：3                4                 0                   0
转化（mol/L）：1                3                 1                   1
平衡（mol/L）：2                1                 1                   1
则反应②的平衡常数K=$\frac{1×1}{2×{1}^{3}}$=0.5；
故答案为：0.5；
②从图象可知：Ⅱ在4min达到平衡，说明反应速率加快，可为升高温度，加催化剂，增大压强，平衡时氢气的物质的量比Ⅰ小，说明平衡正向移动，该反应放热反应，升高温度，平衡逆向移动，催化剂不影响平衡，该反应是个气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，则应该是增大压强；
故答案为：增大压强；
③根据图象，状态Ⅲ达到平衡呢所用时间短，反应速率较快，平衡时氢气的物质的量也较大，说明反应逆向移动，故应温度较T℃高；
故答案为：＞；
 ④状态Ⅱ增大压强，温度不变，仍为T℃，状态Ⅲ温度比T℃高，该反应是正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，化学平衡常数减小，K₂＞K₃；
故答案为：＞；
 ⑤反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ/mol在恒容容器中进行，
a．甲醇和水蒸气作为生成物，体积比始终未1：1保持不变，故a错误；     
b．反应气体体积减小，恒容时，随着反应的进行，压强减小，平衡后，容器中压强保持不变，故b正确；
c．v_正（H₂）=3v_正（CH₃OH）=3v_逆（CH₃OH），正逆反应速率相等，反应平衡，故c正确；       
d．任何时刻，2个C=O断裂的同时都有6个H-H断裂，故d错误；
故答案为：b c．

点评 本题考查了盖斯定律、化学平衡常数的计算，影响化学平衡的因素以及化学平衡状态的判断，题目难度不大，重在考查对基础知识的理解掌握．