Question

17．工业上可用CO或CO₂来生产燃料甲醇．已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应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）?CH3OH（g）	K1	2.5	0.15
②H2（g）+CO2（g）?H2O（g）+CO（g）	K2	1.0	2.50
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	K3

（1）据反应①与②可推导出K₁、K₂与K₃之间的关系，则K₃=K₁•K₂（用K₁、K₂表示）．
500℃时测得反应③在某时刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的浓度（mol•L^-1）分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v_正＞v_逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）在3L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c（CO）-反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示，若在t₀时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ．当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是加入催化剂．当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是将容器的体积（快速）压缩至2 L．

Answer 1

分析 （1）分析反应特征可知平衡常数K₃=K₁×K₂，计算不同温度下反应③的平衡常数，结合温度变化分析判断反应焓变△H＜0，依据反应①+②得到反应③，所以平衡常数K₃=K₁×K₂；依据某时刻浓度商计算和平衡常数比较判断反应进行的方向；
（2）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变．

解答 解：（1）反应③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是气体体积减小的反应△S＜0，依据反应①+②得到反应③，所以平衡常数K₃=K₁×K₂，结合温度变化分析，随温度升高，平衡常数减小，平衡逆向进行，所以判断反应是放热反应，焓变△H＜0，在500℃、2L的密闭容器中，进行反应③，测得反应③在某时刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O （g）的浓度（mol/L）分别为0.8、0.1、0.3、0.15，Q=$\frac{0.15×0.3}{0.1×0．{8}^{3}}$=0.87＜K=2.5，反应正向进行，V正＞V逆，
故答案为：K₁•K₂；＞；
（2）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变的，是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；
当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变，曲线Ⅰ，体积为3L，一氧化碳浓度为3mol/L，改变条件当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，一氧化碳浓度为4.5mol/L，则体积压缩体积为：3：V=4.5：3，V=2L，所以将容器的体积快速压缩至2L符合；
故答案为：加入催化剂；将容器的体积快速压缩至2L．

点评 本题考查了化学平衡影响因素分析判断，平衡常数计算和影响条件的应用，题目综合性较大．