Question

17．工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應(yīng)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
（1）判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是（填字母序號(hào)，下同）CD．
A．生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等
B．混合氣體的密度不變
C．混合氣體的相對(duì)平均分子質(zhì)量不變
D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
（2）下表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中數(shù)據(jù)判斷該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）；
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c （CO）=0.2mol•L^-1，則H₂的轉(zhuǎn)化率為53.3%，此時(shí)的溫度為250℃，若在此溫度下測(cè)得某時(shí)刻體系內(nèi)各物質(zhì)的濃度如下：c （CO）=0.5mol•L^-1，c （H₂）=0.2mol•L^-1，c （CH₃OH）=0.1mol•L^-1，則此時(shí)該反應(yīng)向逆方向進(jìn)行（填“向正方向進(jìn)行”、“向逆方向進(jìn)行”或“處于平衡狀態(tài)”）．
（3）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是DF．
A．升溫         B．加入催化劑    C．增加CO的濃度
D．加入H₂       E．加入惰性氣體   F．分離出甲醇．

Answer 1

分析 （1）可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達(dá)平衡；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c （CO）=0.2mol•L^-1，則：
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始濃度（mol/L）：1      3         0
變化濃度（mol/L）：0.8    1.6       0.8
平衡濃度（mol/L）：0.2    1.4       0.8
轉(zhuǎn)化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%，根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)，進(jìn)而確定溫度；
計(jì)算此時(shí)濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行；
（3）A．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；
B．加入催化劑不影響平衡移動(dòng)；
C．增加CO的濃度，CO的轉(zhuǎn)化率降低；
D．加入H₂平衡正向移動(dòng)；
E．恒溫恒容下，加入惰性氣體，各組分濃度不變，平衡不移動(dòng)；
F．分離出甲醇，平衡正向移動(dòng)．

解答 解：（1）A．生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等，均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進(jìn)行，故A錯(cuò)誤；
B．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體的密度始終不變，故B錯(cuò)誤；
C．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量變化，則平均相對(duì)分子質(zhì)量變化，若平均相對(duì)平均分子質(zhì)量不變，說明到達(dá)平衡，故C正確；
D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，說明到達(dá)平衡，故D正確，
故選：CD；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H＜0，故答案為：＜；
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c （CO）=0.2mol•L^-1，則：
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始濃度（mol/L）：1        3        0
變化濃度（mol/L）：0.8      1.6      0.8
平衡濃度（mol/L）：0.2      1.4      0.8
氫氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{1.6mol/L}{3mol/L}$×100%=53.3%；
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.041，故溫度為250℃；
濃度商Qc=$\frac{0.1}{0.5×0．{2}^{2}}$=5＞K=2.041，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，
故答案為：53.3%；250℃；向逆方向進(jìn)行；
（3）A．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減小，故A錯(cuò)誤；
B．加入催化劑不影響平衡移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故B錯(cuò)誤；
C．增加CO的濃度，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故C錯(cuò)誤；
D．加入H₂平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；
E．若恒溫恒容下，加入惰性氣體，各組分濃度不變，平衡不移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故E錯(cuò)誤；
F．分離出甲醇，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故F正確，
故選：DF．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算及影響因素、平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)應(yīng)用等，注意理解根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)相對(duì)大小判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，難度中等．