Question

9．工業(yè)上還可在恒容密閉容器中采用下列反應(yīng)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
（1）判斷反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是CD．
A.2v（H₂）（逆）=v（CO）（正）
B．混合氣體的密度不變
C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
E．容器內(nèi)CO、H₂、CH₃OH的濃度之比為1：2：1
（2）在一定溫度下，若將4a mol H₂和2amol CO放入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后測得CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為$\frac{1}{{a}^{2}}$．若此時再向該容器中投入a mol CO、2amol H₂和amol CH₃OH，判斷平衡移動的方向是正向移動（“正向移動”“逆向移動”或“不移動”）；與原平衡相比，CO的物質(zhì)的量濃度增大（填“增大”、“不變”或“減小”）．

Answer 1

分析 （1）可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
（2）反應(yīng)開始時c（H₂）=$\frac{4amol}{2L}$=2amol/L、c（CO）=$\frac{2amol}{2L}$=amol/L，充分反應(yīng)后測得CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則參加反應(yīng)的c（CO）=amol/L×50%=0.5amol/L，
該反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）a     2a             0
反應(yīng)（mol/L）0.5a a             0.5a
平衡（mol/L）0.5a a             0.5a
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
若此時再向該容器中投入a mol CO、2amol H₂和amol CH₃OH，若此時再向該容器中投入a mol CO、2a mol H₂和a mol CH₃OH，濃度為c（CO）=0.5amol/L+0.5amol/L=amol/L，c（H₂）=amol/L+amol/L=2amol/L，c（CH₃OH）=0.5amol/L+0.5amol/L=amol/L，根據(jù)濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)相對大小確定反應(yīng)方向，從而確定CO濃度變化．

解答 解：（1）A．當(dāng)v（H₂）（逆）=2v（CO）（正）時，該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，則2v（H₂）（逆）=v（CO）（正）時該反應(yīng)沒有達到平衡狀態(tài)，故錯誤；
B．無論反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)，反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變、容器體積不變，則混合氣體的密度始終不變，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
C．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減小、混合氣體質(zhì)量不變，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，當(dāng)混合氣體平均相對分子質(zhì)量不變時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故正確；
D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故正確；
E．容器內(nèi)CO、H₂、CH₃OH的濃度之比為1：2：1時，該反應(yīng)不一定達到平衡狀態(tài)，與反應(yīng)初始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故錯誤；
故選CD；
（2）反應(yīng)開始時c（H₂）=$\frac{4amol}{2L}$=2amol/L、c（CO）=$\frac{2amol}{2L}$=amol/L，充分反應(yīng)后測得CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則參加反應(yīng)的c（CO）=amol/L×50%=0.5amol/L，
該反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）a     2a             0
反應(yīng)（mol/L）0.5a a             0.5a
平衡（mol/L）0.5a a             0.5a
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5a}{0.5a×{a}^{2}}$=$\frac{1}{{a}^{2}}$；
若此時再向該容器中投入a mol CO、2amol H₂和amol CH₃OH，若此時再向該容器中投入a mol CO、2a mol H₂和a mol CH₃OH，濃度為c（CO）=0.5amol/L+0.5amol/L=amol/L，c（H₂）=amol/L+amol/L=2amol/L，c（CH₃OH）=0.5amol/L+0.5amol/L=amol/L，濃度商Q=$\frac{a}{a×（2a）^{2}}$=$\frac{1}{4{a}^{2}}$＜$\frac{1}{{a}^{2}}$，所以平衡正向移動，平衡時CO濃度增大，
故答案為：$\frac{1}{{a}^{2}}$；正向移動；增大．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算及化學(xué)平衡狀態(tài)判斷，側(cè)重考查學(xué)生計算及判斷能力，明確平衡常數(shù)計算方法、濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)相對大小和反應(yīng)方向關(guān)系是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．