Question

10．甲醇是重要的燃料，有廣闊的應(yīng)用前景：工業(yè)上一般以CO和為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-116kJ•mol^-1
（1）下列措施中有利于增大該反應(yīng)的反應(yīng)速率且利于反應(yīng)正向進(jìn)行的是c．
a．隨時(shí)將CH₃OH與反應(yīng)混合物分離
b．降低反應(yīng)溫度
c．增大體系壓強(qiáng)
d．使用高效催化劑
（2）在容積為2L的恒容容器中，分別研究在三種不同溫度下合成甲醇，右圖是上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為2mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．請(qǐng)回答：
①在圖中三條曲線，對(duì)應(yīng)的溫度由高到低的順序是Z＞Y＞X．
②利用a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，計(jì)算出曲線Z在對(duì)應(yīng)溫度下CH₃OH（g）═CO（g）+2H₂（g）的平衡常數(shù)：K=0.25．
（3）恒溫下，分別將1molCO和2molH₂置于恒容容器I和恒壓容器Ⅱ中（兩容器起始容積相同），充分反應(yīng)．
①達(dá)到平衡所需時(shí)間是I＞Ⅱ（填“＞”、“＜”或“=”，下同）．達(dá)到平衡后，兩容器中CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)關(guān)系是I＜Ⅱ．
②平衡時(shí)，測(cè)得容器I中的壓強(qiáng)減小了30%，則該容器中CO的轉(zhuǎn)化率為45%．

Answer 1

分析 （1）升高溫度、增大壓強(qiáng)、使用催化劑等均可加快反應(yīng)速率，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析解答；
（2）①合成甲醇是放熱反應(yīng)，溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低；
②a點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率50%，反應(yīng)消耗了2mol×50%=1molCO，圖象中可知，起始量氫氣物質(zhì)的量n（H₂）=1.5n（CO）=3mol，則：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 2      3         0
變化量（mol） 1      2         1
平衡量（mol） 1      1         1
再根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)，相同溫度下CH₃OH（g）═CO（g）+2H₂（g）的平衡常數(shù)與 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)互為倒數(shù)；
（3）①恒溫下，分別將1molCO和2molH₂置于恒容容器I和恒壓容器Ⅱ中，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行氣體物質(zhì)的量減小，I中壓強(qiáng)減小，壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越快，Ⅱ中平衡等效再I(mǎi)中平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)；
②平衡時(shí)，測(cè)得容器Ⅰ中的壓強(qiáng)減小了30%，氣體物質(zhì)的量減小30%，即減少（1+2）mol×30%=0.9mol，利用差量法計(jì)算參加反應(yīng)CO的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算CO轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）a．隨時(shí)將CH₃OH與反應(yīng)混合物分離，減小生成物的濃度，利于反應(yīng)正向進(jìn)行，但反應(yīng)速率減小，故a錯(cuò)誤；
b．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度降低，利于反應(yīng)正向進(jìn)行，但反應(yīng)速率變小，故b錯(cuò)誤；
c．正反應(yīng)為氣體積減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)增大，利于反應(yīng)正向進(jìn)行，反應(yīng)速率加快，故c正確；
d．使用催化劑，反應(yīng)速率加快，不影響化學(xué)平衡移動(dòng)，故d錯(cuò)誤；
故選：c；
（2）①反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ•mol^-1，是放熱反應(yīng)，溫度越高，CO轉(zhuǎn)化率越低，所以曲線Z對(duì)應(yīng)的溫度最高，X對(duì)應(yīng)的一氧化碳轉(zhuǎn)化率最大，溫度最低，Y介于二者之間，在圖中三條曲線，對(duì)應(yīng)的溫度由高到低的順序是Z＞Y＞X；
故答案是：Z＞Y＞X；
②a點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率50%，反應(yīng)消耗了2mol×50%=1molCO，圖象中可知，起始量氫氣物質(zhì)的量n（H₂）=1.5n（CO）=3mol，則：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 2       3         0
變化量（mol） 1       2         1
平衡量（mol） 1       1         1
容器容積為2L，則平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×0．{5}^{2}}$=4，相同溫度下CH₃OH（g）═CO（g）+2H₂（g）的平衡常數(shù)=$\frac{1}{4}$=0.25，
故答案為：0.25；
（4）①恒溫下，分別將1molCO和2molH₂置于恒容容器I和恒壓容器Ⅱ中，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行氣體物質(zhì)的量減小，I中壓強(qiáng)減小，壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越快，達(dá)到平衡需要的時(shí)間短，故達(dá)到平衡所需時(shí)間Ⅰ＞Ⅱ；
Ⅱ中平衡等效再I(mǎi)中平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，所以?xún)扇萜髦蠧H₃OH的體積分?jǐn)?shù)Ⅰ＜Ⅱ；
故答案為：＞；＜；
②平衡時(shí)，測(cè)得容器Ⅰ中的壓強(qiáng)減小了30%，氣體物質(zhì)的量減小30%，即減少（1+2）mol×30%=0.9mol，則：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）物質(zhì)的量減小△n
1                                2
0.45mol                          0.9mol
則該容器中CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.45mol}{1mol}$×100%=45%，
故答案為：45%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡圖象、化學(xué)反應(yīng)速率影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)等知識(shí)，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．