Question

工业上在合成塔中采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=QkJ/mol
（1）判断该可逆反应达到平衡状态的标志是（填字母序号）

 

．
a、生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等
b、混合气体的密度不变
c、混合气体的平均相对分子质量不变
d、CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化
（2）如表所列数据是该可逆反应在不同温度下的化学平衡常数（K）

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中数据判断Q

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）
②某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡测得c（CO）=0.2mol?L^-1，此时对应的温度为

 

；CO的转化率为

 

．
（3）请在图中画出压强不同，平衡时甲醇的体积分数（φ）随温度（T）变化的两条曲线（在曲线上标出P₁、P₂、，且p₁＜P₂）
（4）要提高CO的转化率，可以采取的措施是

 

（填字母序号）．
a、升温  b、加入催化剂  c、增加CO的浓度  d、通入H₂加压账   e、通人惰性气体加压   f、电离出甲醇
（5）已知一定条件下，CO与H₂在催化剂的作用下生成5mol CH₃OH时，能量的变化为454kJ．在该条件下，向容积相同的3个密闭容器中，按照甲、乙、丙三种不同的投料方式加人反应物，测得反应达到平衡时的有关数据如下：

容器		甲	乙	丙
反应物投入量		1mol CO 2mol H2	1mol CH3OH	2mol CH3OH
平 衡 时 数 据	CH3OH的浓度（mol?L-1）	c1	c2	c3
	反应吸收或放出的能量（KJ）	a	b	c
	体系压强（Pa）	P1	P2	P3
	反应物转化率	α1	α2	α3

下列说法正确的是

 

（填字母序号）．
A、2c₁＞c₃    B、a+b＜90.8     C、2P₂＜P₃      D、α₁+α₃＜1．

Answer 1

考点：等效平衡,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断,产物的百分含量随浓度、时间的变化曲线

专题：化学平衡专题

分析：（1）a、CH₃OH的生成速率与CO的消耗速率都表示正反应速率；
b、都为气体，容器的体积不变，混合气体的总质量不变，密度自始至终为定值；
c、混合气体的总质量不变，随反应进行，混合气体的总的物质的量减小，即平均相对分子质量减小，最后为定值；
d、可逆反应得到平衡，反应混合物的浓度、含量为定值；
（2）①由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动；
②计算平衡时CO的物质的量，n_开始（CO）-n_平衡（CO）=n_转化（CO），利用转化率定义计算CO的转化率；
计算该温度下的平衡常数，对比表中数据判断温度；
（3）根据外界条件对化学平衡的影响，主要受温度和压强的影响可以作出图；
（4）要提高CO的转化率，平衡应向正反应移动，据此结合选项分析判断．注意若只增大CO浓度，平衡向正反应移动，CO的转化率降低；
（5）甲和乙为等效平衡，丙的起始物质的量为甲乙的双倍，根据压强对平衡的影响可以判断．

解答： 解：（1）a、CH₃OH的生成速率与CO的消耗速率都表示正反应速率，自始至终反应速率都按1：1进行，不能说明到达平衡，故a错误；
b、都为气体，容器的体积不变，混合气体的总质量不变，密度自始至终为定值，不能说明可逆反应到达平衡，故b错误；
c、混合气体的总质量不变，随反应进行，混合气体的总的物质的量减小，即平均相对分子质量减小，最后为定值，说明可逆反应到达平衡状态，故c正确；
d、CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化，说明可逆反应到达平衡状态，故d正确．
故选：cd；
（2）①由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故正反应为放热反应，即△H＜0，
故答案为：＜；
②某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应10min后，达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，
平衡时CO的物质的量为0.2mol/L×2L=0.4mol，所以CO的转化率为

2mol-0.4mol

2mol

×100%=80%；
对于可逆反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol/L）：1        3         0
变化（mol/L）：0.8       1.6        0.8      
平衡（mol/L）：0.2       1.4       0.8
所以该温度下平衡常数k=

0.8

0.2×1．42

=2.041，平衡常数只受温度影响，故该温度为250℃．
故答案为：250℃；80%；
（3）因为该反应为气体体积减小且放热的反应，所以温度升高平衡逆向移动，增大压强平衡正向移动，据此可以画出图为，
故答案为：；
（4）a．升高温度，平衡向逆反应移动，平衡时CO的转化率减小，故a错误；
 b．加入催化剂，缩短到达平衡时间，平衡不移动，CO转化率不变，故b错误；
c．增加CO的浓度，平衡向正反应移动，平衡时CO的转化率减小，故c错误；
d．加入H₂加压，平衡向正反应移动，平衡时CO的转化率增大，故d正确；
e．加入惰性气体加压，反应混合物的浓度不变，变化不移动，故e错误；
f．分离出甲醇，平衡向正反应移动，平衡时CO的转化率增大，故f正确．
故选：df；
（5）A、丙的物质的量为甲的物质的量折算后的双倍，压强增大，平衡正向移动，所以2c₁＜c₃ ，故A错误；
B、生成5mol CH₃OH时，能量的变化为454kJ，则生成1mol甲醇，会放出90.8kJ的热，甲和乙是从不同方向进行的等效平衡，所以有a+b=90.8，故B错误；
C、丙的物质的量为乙的物质的量的双倍，压强增大，平衡向体积减小的方向移动，所以2P₂＞P₃，故C错误；
D、丙的压强大于甲，平衡正向移动，甲醇的转化率减小，所以α₁+α₃＜1，故D正确；
故选D．

点评：本题考查平衡状态判断、平衡移动、平衡常数、热化学方程式、化学平衡图象等，是化学反应速率与化学平衡的综合题目，难度不大，注重基础知识的考查．