Question

2．運用化學反應原理知識研究如何利用CO、SO₂等污染物有重要意義．
（1）用CO可以合成甲醇．已知：
①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5 kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0 kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8 kJ•mol^-1
則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1
下列措施中能夠增大上述合成甲醇反應的反應速率的是a、c（填寫序號）．
a．使用高效催化劑        b．降低反應溫度
c．增大體系壓強          d．不斷將CH₃OH從反應混合物中分離出來
（2）在一定壓強下，容積為V L的容器中充入a mol CO與2a mol H₂，在催化劑作用下反應生成甲醇，平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖1所示．
①p₁小于p₂（填“大于”、“小于”或“等于”）；
②100℃時，該反應的化學平衡常數(shù)K=$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
③100℃時，達到平衡后，保持壓強P₁不變的情況下，向容器中通入CO、H₂號 CH₃OH各0.5amol，則平衡向左（填“向右”、“向左”或“不”移動）
④在其它條件不變的情況下，再增加a mol CO和2a molH₂，達到新平衡時，CO的轉化率增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）在容積均為1L的密閉容器（a、b、c、d、e）中，分別充入1molCO和2molH₂等量混合氣體，在不同的溫度下（溫度分別為T₁、T₂、T₃、T₄、T₅），經(jīng)相同的時間，在t時刻，測得容器甲醇的體積分數(shù)如圖所示．在T₁-T₂及T₄-T₅兩個溫度區(qū)間，容器內甲醇的體積分數(shù)的變化趨勢如圖2所示，其原因是T₁-T₂區(qū)間，化學反應未達到平衡狀態(tài)，溫度越高，化學反應速率越快，所以甲醇的體積分數(shù)隨著溫度的升高而提高．T₃-T₄區(qū)間，化學反應已達到平衡狀態(tài)，由于正反應為放熱反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，所以甲醇的體積分數(shù)減少．

Answer 1

分析 （1）將已知方程式變型得到目標方程式，依據(jù)蓋斯定律計算反應熱；升高溫度、增大壓強、加入催化劑、增大濃度、增大接觸面積等措施可以加快反應速率；
（2）①由圖1可知，溫度相同時，在壓強為P₂時平衡時CO的轉化率高，由反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知壓強越大，越有利于平衡向正反應進行；
②由圖1可知，在P₁壓強下，100℃時，CO的轉化率為0.5，據(jù)此計算CO的濃度變化量，根據(jù)三段式計算平衡時各組分的平衡濃度，計算合成甲醇的化學平衡常數(shù)；
③在其它條件不變的情況下，向容器中通入CO、H₂、CH₃OH各0.5amol，等效減小氫氣的濃度，平衡向逆反應移動；
④在其它條件不變的情況下，再增加a mol CO和2a molH₂，相當于壓強增大，平衡正向進行達到新平衡時；
（3）根據(jù)影響化學反應速率和化學平衡的因素進行判斷得出正確結論．a(chǎn)、b沒有達到平衡狀態(tài)，c、d、e達到平衡狀態(tài)．

解答 解：（1）①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1，
依據(jù)蓋斯定律②+③×2-①得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H，則△H=△H₂+2△H₃-△H₁=-90.1KJ/mol；
反應為氣體體積減小的放熱反應，能夠增大上述合成甲醇反應的反應速率的是，
a．使用高效催化劑，降低反應的活化能，可以加快反應速率，故a正確；        
b．降低反應溫度減慢反應速率，故b錯誤；
c．增大體系壓強反應速率增大，故c正確；         
d．不斷將CH₃OH從反應混合物中分離出來，生成物難度減小，反應速率減小，故d錯誤；
故選ac，
故答案為：-90.1；  a、c；
 （2）①由圖1可知，溫度相同時，在壓強為P₂時平衡時CO的轉化率高，由反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知壓強越大，
越有利于平衡向正反應進行，故壓強P₁＜P₂，
故答案為：小于；
②由于平衡常數(shù)與壓強沒有關系，所以根據(jù)圖象可知，在100℃P₁時，CO的轉化率是0.5，則
                              CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始濃度（mol/L）   $\frac{a}{V}$             $\frac{2a}{V}$              0
轉化濃度（mol/L）   $\frac{a}{2V}$           $\frac{a}{V}$               $\frac{a}{2V}$
平衡濃度（mol/L） $\frac{a}{2V}$            $\frac{a}{V}$                $\frac{a}{2V}$
所以平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{a}{2V}}{\frac{a}{2V}×（\frac{a}{V}）^{2}}$=$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$，
故答案為：$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
③在其它條件不變的情況下，向容器中通入CO、H₂、CH₃OH各0.5amol，等效減小氫氣的濃度，平衡向逆反應移動，
故答案為：向左；
④在其它條件不變的情況下，再增加a mol CO和2a molH₂，相當于壓強增大，平衡正向進行達到新平衡時，CO的轉化率增大，
故答案為：增大；
（3）反應進行到t時刻時，a、b沒有達到平衡狀態(tài)，c、d、e達到平衡狀態(tài)，故T₁-T₂區(qū)間，化學反應未達到平衡狀態(tài)，溫度越高，化學反應速率越快，所以甲醇的體積分數(shù)隨著溫度的升高而提高．T₃-T₄區(qū)間，化學反應已達到平衡狀態(tài)，由于正反應為放熱反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，所以甲醇的體積分數(shù)減少，
故答案為：T₁-T₂區(qū)間，化學反應未達到平衡狀態(tài)，溫度越高，化學反應速率越快，所以甲醇的體積分數(shù)隨著溫度的升高而提高．T₃-T₄區(qū)間，化學反應已達到平衡狀態(tài)，由于正反應為放熱反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，所以甲醇的體積分數(shù)減少；

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的應用、圖象分析應用，化學平衡移動原理的分析判斷，平衡常數(shù)的表示方法，題目難度中等．