Question

11．甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應來合成甲醇（于固定容器中進行）：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）
（1）表所列數(shù)據(jù)是該反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②300℃下，將2mol CO、6mol H₂和4molCH₃OH充入2L的密閉容器中，判斷反應正向（填“正向”或“逆向”）進行．
③要提高CO的轉化率，可以采取的措施是df（填序號）．
a．升溫   b．加入催化劑   c．增加CO的濃度     d．加入H₂加壓   e．加入惰性氣體加壓      f．分離出甲醇
（2）如圖表示在溫度分別為T₁、T₂時，平衡體系中H₂的體積分數(shù)隨壓強變化曲線，A、C兩點的反應速率A＜C（填“＞”、“=”或“＜”，下同），A、C兩點的化學平衡常數(shù)A=C，由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可采用升溫的方法（填“升溫”或“降溫”）．
（3）已知在常溫常壓下：化學反應①②③④的平衡常數(shù)分別為K₁，K₂，K₃，K₄
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）  K₁
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g） K₂
③H₂O（g）═H₂O（l） K₃
④CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l） K₄
則K₄=$\frac{{{K}_{1}}^{\frac{1}{2}}{{K}_{3}}^{2}}{{K}_{2}\frac{1}{2}}$（用含有K₁，K₂，K₃的代數(shù)式表達）．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)化學方程式和平衡常數(shù)概念書寫，依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化判斷反應能量變化；
②300℃反應的平衡常數(shù)K=0.270，計算濃度商和平衡常數(shù)比較平淡反應進行的方向；
③要提高CO的轉化率，一般使平衡正向移動即可，但增加CO的濃度平衡雖然正向移動，但CO的轉化率減小，據(jù)此分析；
（2）根據(jù)壓強越大反應速率越大判斷；化學平衡常數(shù)僅與溫度有關；由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可采用升溫的方法；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）  K₁=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}O）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（C{H}_{3}OH）{c}^{3}（{O}_{2}）}$
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g） K₂=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）c（{O}_{2}）}$
③H₂O（g）═H₂O（l） K₃=$\frac{1}{c（{H}_{2}O）}$
④CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l） K₄=$\frac{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{3}OH）c（{O}_{2}）}$

解答 解：（1）①K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$由表中數(shù)據(jù)可知溫度升高，K值減小，說明平衡向逆反應方向移動，逆反應為吸熱反應，正反應即為放熱反應△H＜0，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；＜；
②300℃反應的平衡常數(shù)K=0.270，將2mol CO、6mol H₂和4molCH₃OH充入2L的密閉容器中，Qc=$\frac{\frac{4mol}{2L}}{\frac{2mol}{2L}×（\frac{6mol}{2L}）^{2}}$=$\frac{2}{9}$=0.22＜K=0.270，反應正向進行，
故答案為：正向；
③a．升溫平衡逆向移動，則CO的轉化率減小，故錯誤；
 b．加入催化劑平衡不移動，則CO的轉化率不變，故錯誤；
 c．增加CO的濃度，平衡雖然正向移動，但CO的轉化率減小，故錯誤；
  d．加入H₂加壓，平衡正向移動，CO的轉化率提高，故正確；
 e．加入惰性氣體加壓，平衡不移動，則CO的轉化率不變，故錯誤；
  f．分離出甲醇，平衡正向移動，CO的轉化率提高，故正確；
故選：d f；
（2）因為壓強越大反應速率越大，所以A、C兩點的反應速率A＜C；化學平衡常數(shù)僅與溫度有關，所以A、C兩點的化學平衡常數(shù)A=C；由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可采用升溫的方法，故答案為：＜；=；升溫；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）  K₁=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}O）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（C{H}_{3}OH）{c}^{3}（{O}_{2}）}$
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g） K₂=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）c（{O}_{2}）}$
③H₂O（g）═H₂O（l） K₃=$\frac{1}{c（{H}_{2}O）}$
④CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）
 K₄=$\frac{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{3}OH）c（{O}_{2}）}$=$\frac{{{K}_{1}}^{\frac{1}{2}}{{K}_{3}}^{2}}{{K}_{2}\frac{1}{2}}$，
故答案為：$\frac{{{K}_{1}}^{\frac{1}{2}}{{K}_{3}}^{2}}{{K}_{2}\frac{1}{2}}$；

點評 本題考查了平衡狀態(tài)的判斷，平衡常數(shù)表達式和計算，平衡移動原理分析應用等，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．