Question

4．已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
现有温度、容积相同的4个密闭容器，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表：

容器	1	2	3	4
反应物投入量 （始态）	1mol CO2 3mol H2	1mol CH3OH 1mol H2O	2mol CH3OH 2mol H2O	0.8mol CO2 2.4mol H2 0.2mol CH3OH 0.2mol H2O
CH3OH的平衡浓度/mol•L-1	c1	c2	c3	c4
反应的能量变化	放出 x kJ	吸收y kJ	吸收z kJ	放出 w kJ
体系压强/Pa	p1	p2	p3	p4
反应物转化率	a1	a2	a3	a4

则下列说法中正确的是ACD．
A．2c₂＜c₃  2y＞z     B． p₁=p₂ x=y
C．（a₁+a₃）＜1       D．若x=24.5kJ，则w=14.7kJ．

Answer 1

分析 1容器反应物投入1mol CO₂、3mol H₂，2容器反应物投入量1mol CH₃OH、1mol H₂O，4容器反应物的投入量0.8mol CO₂、2.4mol H₂、0.2mol CH₃OH、0.2mol H₂O，恒温恒容，则1容器、2容器与4容器是等效平衡；
2容器反应物投入量1mol CH₃OH、1mol H₂O，3容器反应物投入量2mol CH₃OH、2mol H₂O，是2中的二倍，可以看作在恒温且容积是2容器两倍条件下，到达平衡后，再压缩体积为与2容器体积相等所到达的平衡；据此分析平衡移动．

解答 解：1容器反应物投入1mol CO₂、3mol H₂，2容器反应物投入量1mol CH₃OH、1mol H₂O，4容器反应物的投入量0.8mol CO₂、2.4mol H₂、0.2mol CH₃OH、0.2mol H₂O，恒温恒容，则1容器、2容器与4容器是等效平衡，则各组分的物质的量、含量、转化率等完全相等，
2容器反应物投入量1mol CH₃OH、1mol H₂O，3容器反应物投入量2mol CH₃OH、2mol H₂O，是2中的二倍，可以看作在恒温且容积是2容器两倍条件下，到达平衡后，再压缩体积为与2容器体积相等所到达的平衡，由于该反应是体积减小的反应，缩小容器体积，增大了压强，平衡向着正向移动，
A、2、3的反应为CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ•mol^-1，3是2投入量的两倍，若平衡不移动，2c₂=c₃，2y=z，恒温、恒容，则3是对2平衡状态两倍的基础上增大压强，对该反应，增大压强，平衡逆向移动，则3平衡时CH3OH的平衡浓度大于2的两倍，2c₂＜c₃；该反应吸热反应，2/3是从逆反应开始，吸收热量，3的对于2的平衡向着放热方向移动，则2y＞z，A正确；
B、1、2换算为同种物质表示，投入量相等，属于等效平衡，则平衡时的状态一样：即各物质的浓度相等，p₁=p₂；根据盖斯定律可知，1与2的反应的能量变化之和为49.0kJ，故x+y=49.0，B错误；
C、3反应物投入量2mol CH₃OH、2mol H₂O，是2的二倍，若平衡不移动，转化率α₁+α₃=1，由于3中相当于增大压强，平衡向着正向移动，反应物的转化率减小，所以转化率α₁+α₃＜1，C正确；
D、设1中反应CO₂a mol，则平衡时为CO₂（1-a），放出的热量x=49a，由题x=24.5，则a=$\frac{24.5}{49}$；4中0.8mol CO₂、2.4mol H₂、0.2mol CH₃OH、0.2mol H₂O用极限转移法与1属于等效平衡，则平衡状态一样，CO₂也为（1-a），参与反应的 CO₂也为0.8-（1-a）=a-0.2，放出的热量w=（a-0.2）×49，带入a的值，解得w=14.7，D正确．
故答案为：ACD．

点评 本题考查化学平衡影响因素、等效平衡、化学平衡的计算，题目计算量较大，题目难度较大，关键是构建平衡建立的等效途径，试题侧重对学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力的培养．