题目内容
【题目】甲醇是重要的化工基础原料和清洁液体燃料，工业上可利用CO或CO2来生产甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学平衡常数如下表所示:
化学反应 | 平衡常数 | 温度/℃ | |
500 | 800 | ||
①2H2(g)+CO(g) | K1 | 2.5 | 0.15 |
②H2(g) +CO2 (g) | K2 | 1.0 | 2.50 |
③3H2(g)+CO2(g) | K3 | ||
(1)在恒容密闭容器中发生反应②，达到平衡后升高温度，下列说法正确的是_______。
a.平衡正向移动 b.混合气体的平均相对分子质量增大 c.CO2的转化率增大
(2)K1、K2、K3的关系是:K3=_______。
(3)500℃时测得反应在某时刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)H2O(g)的浓度(mol/L)分别为0.2、0.1、0.01、0.2，则此时V正____V逆(填“>”“=”“<”)。
(4)某温度下反应①中H2的平衡转化率(a)与体系总压强(P)的关系如图所示，若开始加入2mol/LH2和1mol./LCO，则B点时化学平衡常数为___________。
(5)相同温度下，在甲、乙两个容积相等的恒容密闭容器中，投入H2和CO2，发生反应②，起始浓度如下表所示。其中甲经2min达平衡，平衡时c(H2O)=0.05mol/L，甲中CO2的转化率为_______，乙中CO2的转化率____甲。(填“大 于”、“等 于”或“小于”)
起始浓度 | 甲 | 乙 |
c(H2)/mol/L | 0.10 | 0.20 |
c(CO2 )/mol/L 0.10 | 0.20 |
【答案】 ac K1K2 = 25 50% 等于
【解析】 (1)在恒容密闭容器中发生反应②，由表中数据可知，达到平衡后升高温度，该反应的平衡常数变大，说明化学平衡向正反应方向移动，该反应为吸热反应。a.平衡正向移动，正确；b.因为气体的总物质的量和总质量均不变，所以混合气体的平均相对分子质量不变，b错误；c.CO2的转化率增大，正确。所以，说法正确的是ac。
(2)由表中信息可知，③=①+②，所以根据平衡常数的表达式可得，K1、K2、K3的关系是:K3= K1K2。
(3)500℃时，K3= K1K2=2.5。测得反应在某时刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)H2O(g)的浓度(mol/L)分别为0.2、0.1、0.01、0.2，则Qc=
2.5= K3，所以此时恰好处于平衡状态，故V正=V逆。
(4)由图可知，B点时，反应①中H2的平衡转化率为0.80。开始加入2mol/LH2和1mol./LCO，两种反应物的投料比为化学计量数之比，故两种反应物的转化率相同。则B点时，c(H2)= 2mol/L
=0.40 mol/L，c(CO)= 1mol/L
=0.20 mol/L，CO的变化量与氢气的变化量相同，所以c(CO)= 1mol/L
=0.80 mol/L，化学平衡常数为
25。
(5)相同温度下，在甲、乙两个容积相等的恒容密闭容器中，投入H2和CO2，发生反应②，起始浓度如下表所示。其中甲经2min达平衡，平衡时c(H2O)=0.05mol/L，由此可以求出CO2的变化量为0.05mol/L，所以甲中CO2的转化率为
50%，乙中的投料为甲中的2倍，故容器内的压强也是甲的2倍，但是因为该反应前后气体的分子数不变，所以压强不能使该化学平衡发生移动，CO2的转化率等于甲。
