Question

7．煤的氣化可以減少環(huán)境污染，而且生成的CO和H₂被稱(chēng)作合成氣，能合成很多基礎(chǔ)有機(jī)化工原料．
（1）工業(yè)上可利用CO生產(chǎn)乙醇：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
又已知：H₂O（l）═H₂O（g）△H₂ CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
工業(yè)上也可利用CO₂（g）與H₂（g）為原料合成乙醇：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H
則：△H與△H₁、△H₂、△H₃之間的關(guān)系是：△H=△H₁-3△H₂-2△H₃．
（2）一定條件下，H₂、CO在體積固定的絕熱密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：4H₂（g）+2CO（g）CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），下列選項(xiàng)能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)的有BD．
A．v（H₂）=2v（CO）  
B．平衡常數(shù)K不再隨時(shí)間而變化
C．混合氣體的密度保持不變
D．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化
（3）工業(yè)可采用CO與H₂反應(yīng)合成再生能源甲醇，反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g），在一容積可變的密閉容器中充有10molCO和20mol H₂，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇．CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如圖1所示．
①合成甲醇的反應(yīng)為放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)．
②A、B、C三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_A、K_B、K_C的大小關(guān)系為K_A=K_B＞K_C．P₁和P₂的大小關(guān)系為P₁＜P₂．
③若達(dá)到平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為10L，則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積為2L．
④CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如圖2所示，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是在1.3×10⁴Pa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，生產(chǎn)成本卻增加．

Answer 1

分析 （1）①2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
②H₂O（l）?H₂O（g）△H₂
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
根據(jù)蓋斯定律，方程式①-3×②-2×③得到方程2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l），據(jù)此計(jì)算△H；
（2）當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（3）①由圖1可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
②平衡常數(shù)與濃度、壓強(qiáng)無(wú)關(guān)，只與溫度有關(guān)，結(jié)合平衡移動(dòng)判斷；增大壓強(qiáng)平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
③A、B兩點(diǎn)溫度相等，壓強(qiáng)不同，平衡常數(shù)相同，利用三段式計(jì)算A、B兩點(diǎn)平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量，根據(jù)A點(diǎn)各物質(zhì)的濃度計(jì)算平衡常數(shù)，再根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算B點(diǎn)體積；
④由圖3可知，在250°C、1.3x10⁴kPa左右，時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO轉(zhuǎn)化率提高不大，且增大成本．

解答 解：（1）已知：①2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
②H₂O（1）═H₂O（g）△H₂
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
根據(jù)蓋斯定律，則①-②×3-③×2得2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O，則：△H=△H₁-3△H₂-2△H₃，
故答案為：H=△H₁-3△H₂-2△H₃；
（2）A.2v（H₂）=v （CO）中未指明正逆速率，不能說(shuō)明得到平衡，故A錯(cuò)誤；
B．平衡常數(shù)與濃度、壓強(qiáng)無(wú)關(guān)，只與溫度有關(guān)，溫度一定時(shí)平衡常數(shù)為定值，絕熱密閉容器中，容器中的溫度隨著反應(yīng)進(jìn)行不斷變化，則平衡常數(shù)不斷變化，當(dāng)平衡常數(shù)不變時(shí)說(shuō)明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故B正確；
C．容器體積不變，混合氣體總質(zhì)量不變，混合氣體密度始終保持不變，不能說(shuō)明得到平衡，故C錯(cuò)誤；
D．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行氣體物質(zhì)的量減小，混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故D正確，
故答案為：BD；
（3）①由圖1可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，即正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
②平衡常數(shù)與壓強(qiáng)無(wú)關(guān)，只與溫度有關(guān)，A、B溫度相等，則K_A=K_B，相同壓強(qiáng)下，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則平衡常數(shù)減小，故K_B＞K_C，故K_A=K_B＞K_C；增大壓強(qiáng)平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，已知P₂條件下，CO的轉(zhuǎn)化率大，則P₁＜P₂；
故答案為：K_A=K_B＞K_C； P₁＜P₂；
③A、B兩點(diǎn)溫度相等，壓強(qiáng)不同，平衡常數(shù)相同，
對(duì)應(yīng)A點(diǎn)，CO轉(zhuǎn)化率為0.5，參加反應(yīng)CO為10mol×0.5=5mol，
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開(kāi)始（mol）：10      20          0
轉(zhuǎn)化（mol）：5       10          5
平衡（mol）：5       10          5
故T₁溫度下，平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{5}{10}}{\frac{5}{10}×（\frac{10}{10}）^{2}}$=1
對(duì)應(yīng)B點(diǎn)，CO轉(zhuǎn)化率為0.8，參加反應(yīng)CO為10mol×0.8=8mol，
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開(kāi)始（mol）：10      20         0
轉(zhuǎn)化（mol）：8       16         8
平衡（mol）：2        4         8
設(shè)平衡時(shí)的體積為VL，則$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）^{2}}$=1，解得V=2
故答案為：2．
④由圖3可知，在250°C、1.3x10⁴kPa左右，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO轉(zhuǎn)化率提高不大，且增大生成成本，得不償失，故選擇250°C、1.3x10⁴kPa左右，
故答案為：在1.3×10⁴Pa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，生產(chǎn)成本卻增加．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)有關(guān)計(jì)算、化學(xué)平衡圖象及影響因素、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、反應(yīng)熱計(jì)算，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用，掌握三段式計(jì)算方法，難度中等．