Question

10．某溫度，將2molCO與5molH₂的混合氣體充入容積為2L的密閉容器中，在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．經(jīng)過5min后，反應(yīng)達到平衡，此時轉(zhuǎn)移電子6mol．
（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)為3，v（CH₃OH）=0.15mol•min^-1．若保持體積不變，再充入2molCO和1.5molCH₃OH，此時v正＞v負(fù)（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）在其它條件不變的情況下，再增加2molCO與5molH₂，達到新平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）下列不能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是cd．
   a．CH₃OH的質(zhì)量不變        b．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變
   c．v_逆（CO）=2v_正（H₂）  d．混合氣體的密度不再發(fā)生改變 
（4）在一定壓強下，容積為VL的容器充入amolCO與2amolH₂，在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示．則P₁小于P₂（填“大于”、“小于”或“等于”，下同）．
△H＜0，該反應(yīng)在低溫（填“高溫”或“低溫”）下能自發(fā)進行．
（5）能使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且平衡向正反應(yīng)方向移動的是c．
a．及時分離除CH₃OH氣體     
b．適當(dāng)升高溫度 
c．增大H₂的濃度            
d．選擇高效催化劑．

Answer 1

分析 （1）某溫度，將2molCO與5molH₂的混合氣體充入容積為2L的密閉容器中，經(jīng)過5min后，反應(yīng)達到平衡，依據(jù)化學(xué)方程式可知轉(zhuǎn)移電子4mol消耗CO物質(zhì)的量為1mol，則此時轉(zhuǎn)移電子6mol，消耗CO物質(zhì)的量=$\frac{6mol}{4mol}$×1mol=1.5mol，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計算
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 2       5         0
變化量（mol） 1.5     3          1.5
平衡量（mol）0.5      2         1.5
平衡濃度c（CO）=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L，c（H₂）=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{1.5mol}{2L}$0.75mol/L
平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
甲醇表示的反應(yīng)速率v（CH₃OH）=$\frac{△c}{△t}$
若保持體積不變，再充入2molCO和1.5molCH₃OH，計算此時濃度商Qc和平衡常數(shù)大小比較判斷平衡的進行方向；
（2）在其它條件不變的情況下，再增加2molCO與5molH₂，相當(dāng)于增大壓強，平衡正向進行；
（3）反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，反應(yīng)達到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，分析選項中變量不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，否則不能達到平衡；
（4）相同溫度下，同一容器中，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，則CO的轉(zhuǎn)化率增大，反應(yīng)自發(fā)進行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，滿足此關(guān)系，分析反應(yīng)的焓變和熵變大小分析判斷；
（5）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響因素進行判斷，
A．及時分離除CH₃OH，減少生成物濃度速率減小，平衡正向進行；
B．升高溫度，平衡逆向移動，故速率增大；
C．增大H₂的濃度，反應(yīng)物濃度增大化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡正向移動；
D．催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率，平衡不移動．

解答 解：（1）某溫度，將2molCO與5molH₂的混合氣體充入容積為2L的密閉容器中，經(jīng)過5min后，反應(yīng)達到平衡，依據(jù)化學(xué)方程式可知轉(zhuǎn)移電子4mol消耗CO物質(zhì)的量為1mol，則此時轉(zhuǎn)移電子6mol，消耗CO物質(zhì)的量=$\frac{6mol}{4mol}$×1mol=1.5mol，
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 2       5         0
變化量（mol） 1.5     3          1.5
平衡量（mol）0.5      2         1.5
平衡濃度c（CO）=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L，c（H₂）=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{1.5mol}{2L}$0.75mol/L
平衡常數(shù)K=$\frac{0.75}{0.25×{1}^{2}}$=3；
甲醇表示的反應(yīng)速率v（CH₃OH）=$\frac{\frac{1.5mol}{2L}}{5min}$=0.15mol/（L•min），
若保持體積不變，再充入2molCO和1.5molCH₃OH，計算此時濃度商Qc=$\frac{\frac{（1.5+1.5）mol}{2L}}{\frac{（0.5+2）mol}{2L}×（1mol/L）^{2}}$=1.2＜3
說明平衡正向進行，此時v正＞v負(fù)；
故答案為：3；0.15；＞；
（2）在其它條件不變的情況下，再增加2molCO與5molH₂，相當(dāng)于增大壓強，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，平衡正向進行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大；
故答案為：增大；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，反應(yīng)達到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，分析選項中變量不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)；
a．CH₃OH的質(zhì)量不變，物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故a不符合；     
b．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故b不符合；
c．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比，屬于正反應(yīng)速率之比，2v_正（CO）=v_正（H₂），當(dāng)滿足2v_逆（CO）=v_正（H₂）說明氫氣的正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，但v_逆（CO）=2v_正（H₂）不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故c符合；
d．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，容器體積不變，混合氣體的密度始終不發(fā)生改變，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故d符合；
故答案為：c d；
（4）相同溫度下，同一容器中，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，則CO的轉(zhuǎn)化率增大，根據(jù)圖象知，p₁小于p₂，溫度升高一氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，說明升溫平衡逆向進行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，滿足此關(guān)系低溫下能自發(fā)進行；
故答案為：小于；＜；低溫；
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，采取下列措施，其中能使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且平衡向正反應(yīng)方向移動；
a．及時分離除CH₃OH，減少生成物濃度，平衡正向進行，但反應(yīng)速率減小，故錯誤；
b．升高溫度，平衡逆向移動，故錯誤；
c．增大H₂的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡正向移動，故正確；
d．選擇高效催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡不移動，故錯誤，
故答案為：c．

點評 本題考查了化學(xué)平衡影響因素，反應(yīng)速率、平衡常數(shù)概念計算應(yīng)用，化學(xué)平衡標(biāo)志的分析判斷，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．