Question

3．CO是现代化工生产的基础原料，下列有关问题都和CO的使用有关．
（1）人们利用CO能与金属镍反应，生成四羰基镍，然后将四羰基镍分解从而实现镍的提纯，最后可以得到纯度达99.9%的高纯镍．具体反应为：Ni（s）+4CO（g）$?_{180～200℃}^{50～80℃}$Ni（CO）₄（g），该正反应的△H＜ 0（选填“＞”或“=”或“＜”）．
（2）工业上可利用CO₂（g）与H₂（g）为原料合成乙醇：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H
已知反应 I：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
反应 II：H₂O（l）?H₂O（g）△H₂
反应 III：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
则：△H与△H₁、△H₂、△H₃之间的关系是：△H=△H₁-3△H₂-2△H₃．
（3）一定条件下，在体积固定的密闭容器中发生反应：4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），
下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据的有CE．
A．2v（H₂）=v（CO）
B．CO的消耗速率等于CH₃OCH₃的生成速率
C．容器内的压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
E．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化
（4）工业可采用CO与H₂反应合成再生能源甲醇，反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
在一容积可变的密闭容器中充有10molCO和20mol H₂，在催化剂作用下发生反应生成甲醇．CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（p）的关系如图1所示．

①合成甲醇的反应为放热（填“放热”或“吸热”）反应．
②A、B、C三点的平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系为K_A=K_B＞K_C．
③若达到平衡状态A时，容器的体积为10L，则在平衡状态B时容器的体积为2L．
④CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（p）的关系如图2所示，实际生产时条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是在250°C、1.3x10⁴kPa左右，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，且增大生成成本，得不偿失．

Answer 1

分析 （1）由反应条件可知，低温有利于向正反应进行，高温有利于向逆反应进行，降低温度平衡向放热反应移动，据此判断；
（2）根据盖斯定律由已知的热化学方程式乘以相应的数值进行加减，来构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的数值进行加减；
（3）当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（4）①由图1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；
②平衡常数与压强无关，只与温度有关，结合平衡移动判断；
③A、B两点温度相等，压强不同，平衡常数相同，利用三段式计算A、B两点平衡时各组分物质的量，根据A点各物质的浓度计算平衡常数，再根据平衡常数计算B点体积；
④由图3可知，在250°C、1.3x10⁴kPa左右，时CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，且增大成本．

解答 解：（1）由反应条件可知，低温有利于向正反应进行，高温有利于向逆反应进行，降低温度平衡向放热反应移动，故该反应正反应为放热反应，即△H＜0，故答案为：＜；
（2）已知：①2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
②H₂O（1）═H₂O（g）△H₂
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
根据盖斯定律，则①-②×3-③×2得2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O，则：△H=△H₁-3△H₂-2△H₃，
故答案为：△H=△H₁-3△H₂-2△H₃；
（3）A.2v（H₂）=v （CO）中未指明正逆速率，不能说明得到平衡，故A错误；
B．CO的消耗速率等于CH₃OCH₃的生成速率，均表示正反应速率，不能说明到达平衡，故B错误；
C．容器体积不变，随反应进行气体物质的量减小，压强减小，容器内的压强保持不变，说明到达平衡，故C正确；
D．容器体积不变，混合气体总质量不变，混合气体密度始终保持不变，不能说明得到平衡，故D错误；
E．混合气体总质量不变，随反应进行气体物质的量减小，混合气体平均相对分子质量减小，当混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化，说明反应到达平衡，故E正确，
故答案为：CE；
（4）①由图1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，即正反应为放热反应，故答案为：放热；
②平衡常数与压强无关，只与温度有关，A、B温度相等，则K_a=K_b，相同压强下，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，则平衡常数减小，故K_b＞K_c，故K_a=K_b＞K_c，
故答案为：K_a=K_b＞K_c；
③A、B两点温度相等，压强不同，平衡常数相同，
对应A点，CO转化率为0.5，参加反应CO为10mol×0.5=5mol，
          CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol）：10     20        0
转化（mol）：5      10        5
平衡（mol）：5      10        5
故T₁温度下，平衡常数K=$\frac{\frac{5}{10}}{\frac{5}{10}×（\frac{10}{10}）^{2}}$=1
对应B点，CO转化率为0.8，参加反应CO为10mol×0.8=8mol，
          CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol）：10     20         0
转化（mol）：8      16         8
平衡（mol）：2      4          8
设平衡时的体积为VL，则 $\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）^{2}}$=1，解得V=2
故答案为：2；
④由图3可知，在250°C、1.3x10⁴kPa左右，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，且增大生成成本，得不偿失，故选择250°C、1.3x10⁴kPa左右，
故答案为：在250°C、1.3x10⁴kPa左右，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，且增大生成成本，得不偿失．

点评 本题考查化学平衡常数有关计算、化学平衡图象及影响因素、化学平衡状态判断、反应热计算，注意掌握化学平衡常数的应用，掌握三段式计算方法，难度中等．