Question

4．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇．
反應(yīng)Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)Ⅰ在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）：

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.0	0.27	0.012

（1）在一定條件下將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，5min后測(cè)得
c（CO）=0.4mol/L，計(jì)算可得此段時(shí)間的反應(yīng)速率（用H₂表示）為0.24mol/（L•min）．
（2）由表中數(shù)據(jù)判斷△H₁＜0 （填“＞”、“＜”或“=”）；
反應(yīng)CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃=△H₂-△H₁ （用△H₁和△H₂表示）．
（3）若容器容積不變，則下列措施可提高反應(yīng)Ⅰ中CO轉(zhuǎn)化率的是b （填字母序號(hào)）．
a．充入CO，使體系總壓強(qiáng)增大        b．將CH₃OH（g）從體系中分離
c．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大       d．使用高效催化劑
（4）寫出反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式：K_Ⅱ=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；保持恒溫恒容，將反應(yīng)Ⅱ的平衡體系中各物質(zhì)濃度均增大為原來的2倍，則化學(xué)平衡正向移動(dòng)（填“正向”、“逆向”或“不”），平衡常數(shù)K_Ⅱ不變（填“變大”、“變小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）計(jì)算CO濃度變化量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO），利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，溫度升高K減小，說明溫度升高平衡左移，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)；
反應(yīng)Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
根據(jù)蓋斯定律Ⅱ-Ⅰ計(jì)算；
（3）提高反應(yīng)I中CO轉(zhuǎn)化率，改變條件應(yīng)是平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，結(jié)合選項(xiàng)根據(jù)平衡移動(dòng)原理解答，但不能只增大CO的濃度；
（4）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
保持恒溫恒容，將反應(yīng)Ⅱ的平衡體系中各物質(zhì)濃度均增大為原來的2倍，相對(duì)于增大壓強(qiáng)平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)；平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)．

解答 解：（1）CO濃度變化量為$\frac{2mol}{2L}$-0.4mol/L=0.6mol/L，故v（CO）=$\frac{0.6mol/L}{5min}$=0.12mol/（L•min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（H₂）=2v（CO）=2×0.16mol/（L•min）=0.24mol/（L•min），
故答案為：0.24；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高，平衡常數(shù)K減小，說明溫度升高，平衡逆向進(jìn)行，所以正向是放熱反應(yīng)，即△H₁＜0，
反應(yīng)Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
根據(jù)蓋斯定律Ⅱ-Ⅰ得到CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃=△H₂-△H₁，故答案為：＜；△H₂-△H₁；
（3）a．充入CO，使體系總壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但CO的轉(zhuǎn)化率降低，故a錯(cuò)誤；
b．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，故b正確；
c．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，各物質(zhì)的濃度不變，平衡不移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率不變，故c錯(cuò)誤；
d．使用高效催化劑，平衡不移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故d錯(cuò)誤；
故答案為：b；
（4）反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)k=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
保持恒溫恒容，將反應(yīng)Ⅱ的平衡體系中各物質(zhì)濃度均增大為原來的2倍，相對(duì)于增大壓強(qiáng)平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)即正向移動(dòng)；平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，所以平衡常數(shù)K_Ⅱ不變，故答案為：$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；正向；不變．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡的影響因素等，難度中等，注意掌握外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響．