Question

4．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．工业上一般采用下列两种反应合成甲醇．
反应Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）：

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.0	0.27	0.012

（1）在一定条件下将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中发生反应Ⅰ，5min后测得
c（CO）=0.4mol/L，计算可得此段时间的反应速率（用H₂表示）为0.24mol/（L•min）．
（2）由表中数据判断△H₁＜0 （填“＞”、“＜”或“=”）；
反应CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃=△H₂-△H₁ （用△H₁和△H₂表示）．
（3）若容器容积不变，则下列措施可提高反应Ⅰ中CO转化率的是b （填字母序号）．
a．充入CO，使体系总压强增大        b．将CH₃OH（g）从体系中分离
c．充入He，使体系总压强增大       d．使用高效催化剂
（4）写出反应Ⅱ的化学平衡常数表达式：K_Ⅱ=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；保持恒温恒容，将反应Ⅱ的平衡体系中各物质浓度均增大为原来的2倍，则化学平衡正向移动（填“正向”、“逆向”或“不”），平衡常数K_Ⅱ不变（填“变大”、“变小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）计算CO浓度变化量，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO），利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
（2）由表中数据可知，温度升高K减小，说明温度升高平衡左移，逆向是吸热反应，正向是放热反应；
反应Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
根据盖斯定律Ⅱ-Ⅰ计算；
（3）提高反应I中CO转化率，改变条件应是平衡向正反应移动，结合选项根据平衡移动原理解答，但不能只增大CO的浓度；
（4）化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；
保持恒温恒容，将反应Ⅱ的平衡体系中各物质浓度均增大为原来的2倍，相对于增大压强平衡向气体体积减小的方向移动；平衡常数仅与温度有关．

解答 解：（1）CO浓度变化量为$\frac{2mol}{2L}$-0.4mol/L=0.6mol/L，故v（CO）=$\frac{0.6mol/L}{5min}$=0.12mol/（L•min），速率之比等于化学计量数之比，故v（H₂）=2v（CO）=2×0.16mol/（L•min）=0.24mol/（L•min），
故答案为：0.24；
（2）由表中数据可知，随温度升高，平衡常数K减小，说明温度升高，平衡逆向进行，所以正向是放热反应，即△H₁＜0，
反应Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
根据盖斯定律Ⅱ-Ⅰ得到CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃=△H₂-△H₁，故答案为：＜；△H₂-△H₁；
（3）a．充入CO，使体系总压强增大，平衡向正反应移动，但CO的转化率降低，故a错误；
b．将CH₃OH（g）从体系中分离，平衡向正反应方向移动，CO转化率增大，故b正确；
c．充入He，使体系总压强增大，各物质的浓度不变，平衡不移动，CO转化率不变，故c错误；
d．使用高效催化剂，平衡不移动，CO的转化率不变，故d错误；
故答案为：b；
（4）反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常数k=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
保持恒温恒容，将反应Ⅱ的平衡体系中各物质浓度均增大为原来的2倍，相对于增大压强平衡向气体体积减小的方向移动即正向移动；平衡常数仅与温度有关，所以平衡常数K_Ⅱ不变，故答案为：$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；正向；不变．

点评 本题考查化学反应速率、化学平衡常数、化学平衡的影响因素等，难度中等，注意掌握外界条件对化学平衡的影响．