Question

10．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=Q kJ•mol^-1
（1）判断该可逆反应达到平衡状态的标志是cd（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）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250℃；CO的转化率为80%．
（3）要提高CO的转化率，可以采取的措施是df（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
e．通入惰性气体加压  f．分离出甲醇
（4）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）．

Answer 1

分析 （1）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变，以此分析；
（2）①升高温度，可逆反应向吸热反应方向移动，根据平衡常数与温度变化关系确定焓变；
②转化率=$\frac{n（CO）（反应）}{n（CO）（反应开始）}$，根据平衡浓度计算出平衡常数来确定温度；
（3）要提高CO的转化率，必须使可逆反应向正反应方向移动；
（4）根据压强对平衡移动的影响判断；

解答 解：（1）a．无论反应是否达到平衡状态，生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率始终相等，所以不能作为判断平衡状态的依据，故错误； 
 b．混合物的质量始终不变，容器的体积不变，所以混合气体的密度始终不变，所以不能作为判断平衡状态的依据，故错误；
c．反应前后，混合气体的物质的量改变，气体的质量不变，反应达到平衡状态时，混合气体的相对平均分子质量不变，所以能作为判断平衡状态的依据，故正确；
 d．反应达到平衡状态时，CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化，所以能作为判断平衡状态的依据，故正确；
故选 cd；
（2）①升高温度，平衡向吸热方向移动，根据表格知，温度越高，化学平衡常数越小，说明平衡向逆反应方向移动，所以正反应是放热反应，即△H＜0，
故答案为：＜；
②平衡时一氧化碳的物质的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，转化率=$\frac{n（CO）（反应）}{n（CO）（反应开始）}$=$\frac{（1-0.4）mol}{2mol}$=80%，
                     CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）单位为mol/L
开始 （mol/L）：1mol/L    3mol/L         0      
反应（mol/L）：0.8mol/L  1.6mol/L    0.8mol/L
平衡（mol/L）：0.2mol/L 1.4mol/L   0.8mol/L
平衡常数K=$\frac{0.8mol/L}{0.2mol/L×（1.4mol/L）^{2}}$=2.04，所以是250℃；
故答案为：250℃；80%；
（3）a．该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，故错误；        
b．催化剂对平衡移动无影响，故错误；        
c．增加CO的浓度，平衡向正反应方向移动，但CO的转化率降低，故错误；
d．加入H₂加压，平衡向正反应方向移动，一氧化碳的转化率增大，故正确；
e．加入惰性气体加压，参加反应的气体压强不变，平衡不移动，故错误；    
f．分离出甲醇，平衡向正反应方向移动，一氧化碳的转化率增大，故正确；
故选df；
（4）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，
则温度越高，逆向反应进行的程度越大，甲醇的含量就越低，
压强增大，反应正向进行的程度大，则甲醇的含量高，则图象为
，
故答案为：．

点评 本题考查了影响化学平衡移动的因素、平衡状态的判断等知识点，易错选项是（3）C，注意加入CO虽然能使平衡向正反应方向移动，但一氧化碳的转化率降低，为易错点．