Question

【題目】工業(yè)上可由水煤氣合成甲醇。

（1）還可以通過下列反應(yīng)制備甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，下圖是反應(yīng)時(shí)CO(g)和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間t的變化情況，從反應(yīng)開始到平衡，用CO表示平均反應(yīng)速率v(CO)=__________，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為__。

（2）在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO和20mol H2，CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強(qiáng)（P）的變化如圖所示。

①下列說法不能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_________。（填字母）

A．H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍

B．H2的體積分?jǐn)?shù)不再改變

C．體系中H2的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等

D．體系中氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變

②比較A、B兩點(diǎn)壓強(qiáng)大小PA_PB（填“＞、＜、=”）．

③若達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為20 L，如果反應(yīng)開始時(shí)仍充入10 mol CO和20 mol H2，則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積V(B)=__L。

Answer 1

【答案】0.075mol·L﹣1·min﹣1 AC ＜ 4

【解析】

（1）隨反應(yīng)進(jìn)行，CO濃度減小、甲醇濃度增大，由圖可知，10 min到達(dá)平衡，CO濃度變化為（0.9-0.15）mol/L=0.75mol/L，根據(jù)反應(yīng)速率的定義求解即可；化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
（2）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溫度一定時(shí)，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
③A、B溫度相同，平衡常數(shù)相同，若達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為20L，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則轉(zhuǎn)化的CO為10mol×50%=5mol，依據(jù)三段式求出平衡常數(shù)，計(jì)算B狀態(tài)時(shí)各組分物質(zhì)的量，再結(jié)合平衡常數(shù)計(jì)算體積。

（1）隨反應(yīng)進(jìn)行，CO濃度減小、甲醇濃度增大，由圖可知，10min到達(dá)平衡，CO濃度變化為(0.90.15)mol/L=0.75mol/L，則v(CO)==0.075molL1min1；該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=，故答案為：0.075；；

（2）①A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進(jìn)行，不能說明到達(dá)平衡，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

B.H2的體積分?jǐn)?shù)不再改變是化學(xué)平衡的特征，達(dá)到了平衡，B項(xiàng)正確；

C. 氫氣、CO的轉(zhuǎn)化率與它們起始物質(zhì)的量有關(guān)，平衡時(shí)不一定相等，若起始物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)算量之比，轉(zhuǎn)化率始終相等，C項(xiàng)錯(cuò)誤；

D. 混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體總物質(zhì)的量減小，平均摩爾質(zhì)量增大，混合氣體氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變，說明達(dá)到了平衡，D項(xiàng)正確；

故答案為：AC；

②溫度一定時(shí)，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故壓強(qiáng)PA<PB，

故答案為：<；

③若達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為20 L，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則轉(zhuǎn)化的CO為10mol×50%=5mol，則：

CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)

起始量(mol):10 20 0

變化量(mol):5 10 5

平衡量(mol):5 10 5

平衡常數(shù)K===4，

如果反應(yīng)開始時(shí)仍充入10molCO和20molH2，在平衡狀態(tài)B時(shí)CO轉(zhuǎn)化率為80%，則轉(zhuǎn)化的CO為10mol×80%=8mol，則：

CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)

起始量(mol): 10200

變化量(mol): 8168

平衡量(mol): 248

設(shè)體積為V L，則 =4，解得V=4，

故答案為：4。