Question

2．工業(yè)上一般在密閉容器中采用下列反應(yīng)合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
（1）不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示．
①該反應(yīng)△H＜0 （填“＞”或“＜”，下同），△S＜0，則該反應(yīng)不一定（填“一定”“一定不”或“不一定”）能自發(fā)進(jìn)行
②實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、l.3×l0⁴kPa左右，你認(rèn)為選擇此壓強(qiáng)的理由是該壓強(qiáng)下，CO轉(zhuǎn)化率已較高（90%左右），再增大壓強(qiáng)CO轉(zhuǎn)化率提高不大，且生產(chǎn)成本增加．
（2）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，3分鐘后，達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得c（CO）=0.1mol•L ^-1．
①反應(yīng)初始3min內(nèi)H₂的平均反應(yīng)速率為0.6mol/（L•min），該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=6.25．
②在其他條件不變的情況下，將容器體積壓縮到原來(lái)的$\frac{1}{2}$，達(dá)到新平衡時(shí)，與原平衡相比，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是bc（填字母）．
a．氫氣的濃度減少               b．正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率也加快
c．甲醇的物質(zhì)的量增加           d．n（H₂）/n（CH₃OH）增大．

Answer 1

分析 （1）①由圖象可知，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)，據(jù)此判斷△H；根據(jù)反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量的變化判斷△S；根據(jù)△G=△H-T△S判斷反應(yīng)自發(fā)性問(wèn)題；
②由圖可知，在250℃、1.3×10⁴kPa左右，CO轉(zhuǎn)化率已較高（達(dá)90%左右），增大壓強(qiáng)CO轉(zhuǎn)化率提高不大，且生產(chǎn)成本增加；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$進(jìn)行計(jì)算3min內(nèi)H₂的平均反應(yīng)速率，利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，再根據(jù)k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算；
②增大壓強(qiáng)，正、逆反應(yīng)速率都增大，平衡向正反應(yīng)方向，平衡時(shí)各組分的濃度都增大，據(jù)此判斷．

解答 解：（1）①由圖象可知，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)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0；
該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，故熵減小，即△S＜0；
由△G=△H-T△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，可知該反應(yīng)在低溫趨向自發(fā)進(jìn)行，高溫下不能自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)不一定自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：＜；＜；不一定；
②由圖可知，在250℃、1.3×10⁴kPa左右，CO轉(zhuǎn)化率已較高（達(dá)90%左右），增大壓強(qiáng)CO轉(zhuǎn)化率提高不大，且生產(chǎn)成本增加，故實(shí)際生產(chǎn)條件控制在1.3×10⁴kPa左右，
故答案為：該壓強(qiáng)下，CO轉(zhuǎn)化率已較高（90%左右），再增大壓強(qiáng)CO轉(zhuǎn)化率提高不大，且生產(chǎn)成本增加；
（2）①2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，CO、H₂的起始濃度分別為$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L、$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c（CO）=0.1 mol/L，CO濃度變化為1mol/L-0.1mol/L=0.9mol/L，則：
                      CO（g）+2H₂（g）?CH₃0H（g）
開始（mol/L）：1          3                    0
變化（mol/L）：0.9      1.8                 0.9
平衡（mol/L）：0.1       1.2                 0.9
3min內(nèi)H₂的平均反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{1.8mol/L}{3min}$=0.6mol/（L•min），故該溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)k=$\frac{0.9}{0.1×1．{2}^{2}}$=6.25，
故答案為：0.6mol/（L•min）；6.25；
②a．增大壓強(qiáng)，平衡時(shí)氫氣的濃度增大，故a錯(cuò)誤；
b．增大壓強(qiáng)，反應(yīng)物、生成物的濃度都增大，故正、逆反應(yīng)速率都加快，故b正確；
c．增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的物質(zhì)的量增加，故c正確；
d．增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氫氣的物質(zhì)的量減小、甲醇的物質(zhì)的量增大，故重新平衡時(shí)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$減小，故d錯(cuò)誤，
故答案為：bc．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查化學(xué)平衡問(wèn)題，涉及化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性判斷、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡影響因素等，掌握化學(xué)平衡原理的熟練應(yīng)用是解答關(guān)鍵，題目難度中等．