Question

2．甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和液體燃料，工業(yè)上可利用CO或CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如表所示：

化學(xué)反應(yīng)	平衡常數(shù)	溫度（℃）
		500	800
①2H2（g）+CO（g）CH3OH（g）	K1	2.5	0.15
②H2（g）+CO2（g）H2O（g）+CO（g）	K2	1.0	2.50
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	K3

（1）反應(yīng)②是吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．
（2）某溫度下反應(yīng)①中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強（P）的關(guān)系如圖1所示．則平衡狀態(tài)由A變到B時，平衡常數(shù)K_（A）= K_（B）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）判斷反應(yīng)③△H＜0；△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”）
（4）在500℃、2L的密閉容器中，進行反應(yīng)③，測得某時刻H₂、CO₂、CH₃OH、H₂O的物質(zhì)的量分別為6mol、2mol、10mol、10mol，此時v_（正）＞ v_（逆） （填“＞”、“＜”或“=”）
（5）一定溫度下，在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，已知 c（CO）與反應(yīng)時間t變化曲線Ⅰ如圖2所示，若在t₀時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ和曲線Ⅲ．當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ時，改變的條件是加入催化劑．當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時，改變的條件是將容器的體積快速壓縮至2L．
（6）用于汽車凈化的一個反應(yīng)2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）在298K、100kPa下能（填“能”或“不能”） 自發(fā)進行，原因是△G=△H-T△S=-113.0 kJ•mol^-1-298 K×（-145.3 J•mol^-1•K^-1）×10^-3≈-69.7 kJ•mol^-1＜0，可以自發(fā)進行．已知：在298K、100kPa下該反應(yīng)的△H=-113.0kJ•mol^-1，△S=-145.3J•mol^-1•K^-1．

Answer 1

分析 （1）分析圖表數(shù)據(jù)，反應(yīng)②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，平衡正向進行，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強變化分析；
（3）反應(yīng)③是氣體體積減小的反應(yīng)△S＜0，結(jié)合溫度變化分析判斷反應(yīng)焓變△H＜0，
（4）依據(jù)反應(yīng)①+②得到反應(yīng)③，所以平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂；依據(jù)某時刻濃度商計算和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進行的方向；
（5）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間，最后達(dá)到相同平衡狀態(tài)，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時一氧化碳物質(zhì)的量增大，反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比，氣體物質(zhì)的量不變；
（6）依據(jù)△G=△H-T△S計算判斷，若△G＜0，反應(yīng)自發(fā)進行，若△G＞0，反應(yīng)非自發(fā)進行；

解答 解：（1）分析圖表數(shù)據(jù)，反應(yīng)②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，平衡正向進行，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，
故答案為：吸熱；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強變化分析，圖象中平衡狀態(tài)由A變到B時，壓強改變，溫度不變，所以平衡常數(shù)不變，
故答案為：=；
（3）反應(yīng)③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是氣體體積減小的反應(yīng)△S＜0，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(yīng)是放熱反應(yīng)，焓變△H＜0，
故答案為：＜；＜；
（4）依據(jù)反應(yīng)①+②得到反應(yīng)③，所以平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂；在500℃、2L的密閉容器中，進行反應(yīng)③，測得某時刻H₂、CO₂、CH₃OH、H₂O的物質(zhì)的量分別為6mol、2mol、10mol、10mol，Q=$\frac{5×5}{{3}^{3}×1}$=0.93＜K=2.5，反應(yīng)正向進行，V正＞V逆；
故答案為：＞；
（5）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間，最后達(dá)到相同平衡狀態(tài)，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時一氧化碳物質(zhì)的量增大，反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比，氣體物質(zhì)的量不變，曲線Ⅰ，體積為3L，一氧化碳濃度為3mol/L，改變條件不好為曲線Ⅱ，一氧化碳濃度為4.5mol/L，則體積壓縮體積為：3：V=4.5：3，V=2L，所以將容器的體積快速壓縮至2L符合；
故答案為：加入催化劑；將容器的體積快速壓縮至2L；
（6）已知：在298K、100kPa下該反應(yīng)的△H=-113.0kJ•mol^-1，△S=-145.3J•mol^-1•K^-1，△G=△H-T△S=-113.0 kJ•mol^-1-298 K×（-145.3 J•mol^-1•K^-1）×10^-3≈-69.7 kJ•mol^-1＜0，反應(yīng)自發(fā)進行，
故答案為：能，△G=△H-T△S=-113.0 kJ•mol^-1-298 K×（-145.3 J•mol^-1•K^-1）×10^-3≈-69.7 kJ•mol^-1＜0，可以自發(fā)進行．

點評 本題考查了化學(xué)平衡影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計算和影響條件的應(yīng)用，反應(yīng)自發(fā)進行的判斷依據(jù)，題目綜合性較大，難度中等．