Question

12．目前工業(yè)上可利用CO或CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇，某研究小組對下列有關(guān)甲醇制取的三條化學反應原理進行探究．已知在不同溫度下的化學反應平衡常數(shù)（K₁、K₂、K₃）如表所示：
目前工業(yè)上可利用CO或CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇，某研究小組對下列有關(guān)甲醇制取的三條化學反應原理進行探究．已知在不同溫度下的化學反應平衡常數(shù)（K₁、K₂、K₃）如表所示：

化學反應	焓變	平衡常數(shù)	溫度/℃
			500	700	800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）	△H1	K1	2.5	0.34	0.15
②CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）	△H2	K2	1.0	1.70	2.52
③CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	△H3	K3

請回答下列問題：
（1）反應②是吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應．
（2）根據(jù)反應①與②可推導出K₁、K₂與K₃之間的關(guān)系，則K₃=K₁×K₂ （用K₁、K₂表示），
△H₃═△H₁+△H₂ （用△H₁、△H₂表示）；根據(jù)反應③判斷△S＜0（填“＞”、“=”或“＜”），在較低（填“較高”或“較低”）溫度下有利于該反應自發(fā)進行．
（3）要使反應③在一定條件下建立的平衡正向移動，可采取的措施有ADF（填寫字母序號）．
A．縮小反應容器的容積  B．擴大反應容器的容積   C．升高溫度
D．降低溫度            E．使用合適的催化劑     F．從平衡體系中及時分離出CH₃OH
（4）500°C時，測得反應③在某時刻，CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的濃度分別為0.1mol•L^-1、0.3mol•L^-1、0.3mol•L^-1、0.15mol•L^-1，則此時v_正＜v_逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（5）根據(jù)表格測得焓變，下列能量關(guān)系圖合理的是AD．

（6）某興趣小組研究反應②的逆反應速率在下列不同條件下隨時間的變化曲線，開始時升溫，t₁時平衡，t₂時降壓，t₃時增加CO濃度，t₄時又達到平衡．請畫出t₂至t₄的曲線．

Answer 1

分析 （1）反應②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，說明升高溫度平衡正向進行，正反應是吸熱反應；
（2）反應③是氣體體積減小的反應△S＜0，分析反應特征可知平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂，計算不同溫度下反應③的平衡常數(shù)，結(jié)合溫度變化分析判斷反應焓變△H＜0，依據(jù)反應①+②得到反應③，所以平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂；所以△H₃═△H₁+△H₂；
（3）A．縮小反應容器的容積，壓強增大，平衡向氣體體積減小的方向移動；
B．擴大反應容器的容積，壓強減小，平衡向氣體增大的方向移動；
C．升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，根據(jù)K₃=K₁×K₂判斷溫度對平衡移動影響；
D．由于K₃=K₁×K₂，由表中數(shù)據(jù)可知，降低溫度平衡常數(shù)增大，平衡正向移動；
E．使用合適的催化劑，不影響平衡移動；
F．從平衡體系中及時分離出CH₃OH，平衡正向移動；
（4）500℃時K₃=K₁×K₂=2.5，再計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應向正反應進行，若Qc＞K，反應向逆反應進行，進而判斷v（正）、v（逆）相對大小；
（5）依據(jù)反應能量變化結(jié)合平衡移動原理和影響因素分析選項；
（6）依據(jù)影響化學反應速率的因素分析判斷反應速率變化和反應進行方向繪制圖象．

解答 解：（1）反應②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，說明升高溫度平衡正向進行，正反應是吸熱反應，
故答案為：吸熱；
（2）反應①+②可得反應③，則平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂，反應③是氣體體積減小的反應△S＜0，反應③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是氣體體積減小的反應△S＜0，分析反應特征可知平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂，計算不同溫度下反應③的平衡常數(shù)，500°C時，K₃=K₁×K₂=2.5×1.0=2.5，800°C時，K₃=K₁×K₂=2.52×0.15=0.375，結(jié)合溫度變化分析，隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，平衡逆向進行，所以判斷反應是放熱反應，焓變△H＜0，所以反應在低溫下能自發(fā)進行，依據(jù)反應①+②得到反應③，所以平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂；所以△H₃═△H₁+△H₂；
故答案為：K₁×K₂；△H₃═△H₁+△H₂；＜；較低；
（3）A．縮小反應容器的容積，縮小反應容器的容積，壓強增大，平衡向正向移動，故正確；
  B．擴大反應容器的容積，擴大反應容器的容積，壓強減小，平衡逆向移動，故錯誤；  
 C．由于K₃=K₁×K₂，由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度平衡常數(shù)減小，平衡逆向移動，故錯誤；
D．由于K₃=K₁×K₂，由表中數(shù)據(jù)可知，降低溫度平衡常數(shù)增大，平衡正向移動，故正確；
E．使用合適的催化劑，可以加快反應速率，但不影響平衡移動，故錯誤；
F．從平衡體系中及時分離出CH₃OH，生成物濃度減小，平衡正向移動，故正確，
故選：ADF；
（4）500℃時K₃=K₁×K₂=2.5，濃度商Qc=$\frac{0.3×0.15}{0.1×0．{3}^{3}}$=16＞K=2.5，反應向逆反應進行，故v（正）＜v（逆），
故答案為：＜；
（5）A、反應②已經(jīng)平衡常數(shù)隨溫度變化分析為吸熱反應，反應物能量低于生成物，圖象符合，故A正確；
B、催化劑改變反應速率不改變化學平衡，平衡狀態(tài)不變，圖象不符合，故B錯誤；
C、①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g），依據(jù)數(shù)據(jù)分析，平衡常數(shù)隨溫度 升高減小，說明正反應為放熱反應，反應物能量高于生成物，圖象不符合，故C錯誤；
D、反應③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是放熱鹽，反應物能量高于生成物，圖象符合，故D正確；
故答案為：AD；
（6）反應②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）是氣體體積不變的吸熱反應，反應的逆反應速率在下列不同條件隨時間的變化曲線，開始時升溫，逆反應速率增大，t₁時平衡，t₂時降壓，逆反應速率減小，平衡不變，t₃時增加CO濃度，此時刻逆反應速率增大，隨反應進行減小，大平衡狀態(tài)大于t₂-t₃平衡狀態(tài)的逆反應速率，t₄時又達到平衡，依據(jù)反應速率影響分析繪制出去下變化；畫出t2至t4的曲線為如圖所示
；
故答案為：．

點評 本題考查了化學平衡、反應速率影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計算應用，掌握反應特征和平衡移動原理是關(guān)鍵，題目難度中等．