Question

16．工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
（1）判断反应达到平衡状态的依据是（填字母序号，下同）CD．
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△H＜（填“＞”、“=”或“＜”）0；
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，达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，则CO的转化率为80%，此时的温度为250℃．
（3）要提高CO的转化率，可以采取的措施是DF．
A．升温　　　　　　　　B．加入催化剂
C．增加CO的浓度  D．加入H₂加压
E．加入惰性气体加压        F．分离出甲醇
（4）300℃时，在一定的压强下，5mol CO与足量的H₂在催化剂的作用下恰好完全反应变化的热量为454kJ．在该温度时，在容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，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	1mo l CH3OH	2mol CH3OH
平衡时数据	CH3OH的 浓度（mol/L）	c1	c2	c3
	反应的能量变化	a kJ	b kJ	c kJ
	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D．
A．2c₁＞c₃  B．a+b＜90.8
C．2p₂＜p₃  D．α₁+α₃＜1．

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=$\frac{n（CO）反应}{n（CO）起始量}$，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）A．甲、丙相比较，把甲等效为开始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物质的量为甲的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动；
B．由题目可知生成1molCH₃OH的能量变化为$\frac{454KJ}{5}$=90.8kJ，甲、乙平衡状态相同，平衡时相同物质的物质的量相等，令平衡时甲醇为nmol，计算反应热数值；
C．比较乙、丙可知，丙中甲醇的物质的量为乙的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动；
D．甲、乙处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃．

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，
故答案为：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=$\frac{n（CO）反应}{n（CO）起始量}$=$\frac{（1-0.4）mol}{2mol}$×100%=80%，
         CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）单位为mol/L
反应开始 1mol/L    3mol/L      0
反应     0.8mol/L  1.6mol/L    0.8mol/L
平衡      0.2mol/L  1.4mol/L  0.8mol/L
平衡常数K=$\frac{0.8mol/L}{2mol/L×（1.4mol/L）^{2}}$=2.04，所以是250℃；
故答案为：80%；250℃；
（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A错误；
B．催化剂对平衡移动无影响，故B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C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D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E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F正确；
故答案为：DF；
（4）A．甲、丙相比较，把甲等效为开始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物质的量为甲的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动，故2c₁＜c₃，故A错误；
B．由题目可知生成1molCH₃OH的能量变化为$\frac{454KJ}{5}$=90.8kJ，甲、乙平衡状态相同，平衡时相同物质的物质的量相等，令平衡时甲醇为nmol，对于甲容器，a=90.8n，对应乙容器b=90.8（1-n），故a+b=90.8，故B错误；
C．比较乙、丙可知，丙中甲醇的物质的量为乙的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动，故2p₂＞p₃，故C错误；
D．甲、乙处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正确，
故答案为：D．

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、平衡常数的计算、等效平衡问题等知识点，易错选项是（3）C，注意理解等效平衡问题、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，题目难度中等，