Question

9．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：
（l）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和K₃之間的關(guān)系，則K₃=K₁•K₂（用K₁、K₂表示）；根據(jù)反應③判斷△S＜（填“＞”、“=”或“＜”） 0，在較低（填“較高”或“較低”）溫度下有利于該反應自發(fā)進行．
（3）500℃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、0.8mol•L^-1、0.3mol•L^-1、0.15mol•L^-1，則此時v_正＞（填“＞”、“=”或“＜”） v_逆．
（4）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，開始時升溫時，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）由表格數(shù)據(jù)可知，反應②的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，正反應為吸熱反應；
（2）平衡常數(shù)是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積，結(jié)合表達式計算，反應③是氣體體積減小的反應△S＜0，由反應關(guān)系可知平衡常數(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； 存在的平衡常數(shù)定量關(guān)系，熵變是依據(jù)反應前后氣體體積變化分析判斷，反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0；
（3）反應③=①+②，K₃=2.5×1.0=2.5，結(jié)合Qc、K的關(guān)系判斷反應進行的方向；
（4）由表格數(shù)據(jù)可知，溫度升高K增大，為吸熱反應，則升溫、增大CO濃度平衡均逆向移動，改變壓強平衡不移動，以此來解答．

解答 解：（1）反應②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)隨溫度升高增大，說明平衡正向進行，正反應是吸熱反應，故答案為：吸熱；
（2）反應③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是氣體體積減小的反應△S＜0，反應③=①+②，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=2.5×0.15=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，△H-T△S在低溫條件下能自發(fā)進行，
故答案為：K₁•K₂；＜；較低；
（3）500℃時，反應③=①+②，K₃=2.5×1.0=2.5，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、0.8mol•L^-1、0.3mol•L^-1、0.15mol•L^-1，Qc=$\frac{0.3×0.15}{（0.8）^{3}×0.1}$=0.88＜K=2.5，則此時v正＞v逆，
故答案為：＞；
（4）反應②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）是氣體體積不變的吸熱反應，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，達到平衡狀態(tài)時速率大于t₂-t₃平衡狀態(tài)的逆反應速率，t₄時又達到平衡，則t₂至t₄的速率曲線如圖為，故答案為：．

點評 本題考查較綜合，涉及速率與圖象、反應方向判斷及化學平衡計算等，綜合性較強，注重化學反應速率及化學平衡的綜合考查，題目難度中等．