Question

【題目】甲醇作為可再生能源，越來越受到人們的關注。已知甲醇制備的有關化學反應的平衡常數(shù)及焓變數(shù)據(jù)如下

化學反應	500℃平衡常數(shù)	焓變
①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)	K1＝2.5	ΔH1＝－116 kJ·mol－1
②CO2(g)＋H2(g)H2O(g)＋CO(g)	K2＝1.0	ΔH2＝＋41 kJ·mol－1
③CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)	K3＝？	ΔH3＝？

(1)反應③的K3＝__________________，ΔH3＝__________________。

(2)500℃時，將2mol CO2和2mol H2充入2L的恒容密閉容器中發(fā)生反應②，5min后達到平衡后，則0~5min內，用H2表示的反應速率v(H2)＝________。

(3)500℃時，測得反應③在某時刻CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度(mol·L－1)分別為0.1、0.8、0.3、0.15，則此時v正_________v逆(填“>”“<”或“＝”)。

(4)若一定量的CO2和H2在絕熱恒容的條件下發(fā)生上述反應②，下列可以作為判斷該反應達到平衡的標志有_________________________。

a.混合氣體的平均相對分子質量不再改變

b.混合氣體中CO2、H2、H2O、CO(g)的含量相等

c. v(CO2)生成=v(CO)消耗

d.容器內溫度不再變化

Answer 1

【答案】2.5 -75 kJ·mol－1 0.1mol/(Lmin) > d

【解析】

(1)反應①＋②可得反應③，則平衡常數(shù)K3＝K1×K2，焓變ΔH3＝ΔH1+ΔH2；

(2)利用“三段式法”和化學平衡常數(shù)的表達式計算出H2濃度的變化量，用H2表示的反應速率v(H2)＝；

(3)500℃時K3＝K1×K2＝2.5，再計算此時濃度商Qc，若Qc＝K3，處于平衡狀態(tài)，若Qc<K3，反應向正反應進行，若Qc>K3，反應向逆反應進行，進而判斷v正、v逆相對大��；

(4)可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等(同種物質)或正逆反應速率之比等于系數(shù)之比(不同物質)，平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析。

(1)反應①＋②可得反應③，則平衡常數(shù)K3＝K1×K2=2.5×1.0=2.5，焓變ΔH3＝ΔH1+ΔH2=－116kJ·mol－1+(＋41kJ·mol－1)=-75kJ·mol－1，故答案為：2.5；-75kJ·mol－1；

(2)500℃時，將2molCO和2molH2充入2L的恒容密閉容器中發(fā)生反應②, 5min后達到平衡,由反應三段式得：

K2==1.0，解得=0.5mol/L，v(H2)＝＝=0.1mol/(Lmin)，故答案為：0.1mol/(Lmin)；

(3)500℃時K3＝K1×K2=2.5，濃度商Qc＝＝0.88＜K3＝2.5，反應向正反應進行，故v正＞v逆，故答案為：＞；

(4) a．反應總質量是個定值，總物質的量是個定值，混合氣體的平均相對分子質量一直不變，故a不符合題意；

b．混合氣體中CO2、H2、H2O、CO的含量相等，不一定達到平衡狀態(tài)，故b不符合題意；

c．v(CO2)生成、v(CO)消耗是逆反應的兩種物質化學反應速率，不能證明v正=v逆，故c符合題意；

d．絕熱容器內溫度不再發(fā)生變化說明反應達到了平衡，故d符合題意；

故答案為：d。