Question

15．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景．工業(yè)上一般可采用下列反應合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H
（1）化學平衡常數(shù)（K）的表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$．
（2）下表所列數(shù)據(jù)是該反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.04	0.25	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷△H＜0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）某溫度下，將6mol CO和4.4mol H₂充入2L的密閉容器中，10min該反應達到平衡，測得c（CO）=2.4mol•L^-1，則用H₂表示的10min內該反應的反應速率為0.12mol•L^-1•min^-1，此時的溫度為300℃（從上表中選擇），H₂轉化率=54.5%．
（4）判斷該可逆反應達到化學平衡狀態(tài)的標志是③④⑥（填序號）．
①單位時間內，消耗2mol H₂，同時生成1molCH₃OH
②混合氣體的密度不再改變
③混合氣體的平均相對分子質量不再改變
④CO、H₂、CH₃OH的濃度均不再變化
⑤CO、H₂、CH₃OH的分子數(shù)目比為1：2：1
⑥混合氣體的總壓強不再變化．

Answer 1

分析 （1）平衡常數(shù)是指一定溫度下，可能反應到達平衡時生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應物濃度系數(shù)次冪的乘積的比；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動；
（3）某溫度下，將6mol CO和4.4mol H₂充入2L的密閉容器中，10min該反應達到平衡，測得c（CO）=2.4mol•L^-1，則：
             CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始量（mol/L）：3      2.2       0
變化量（mol/L）：0.6    1.2       0.6
平衡量（mol/L）：2.4    1         0.6
根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂）；計算平衡常數(shù)，判斷反應溫度；氫氣轉化率=$\frac{氫氣濃度變化量}{氫氣起始濃度}$×100%；
（4）當反應達到平衡狀態(tài)時，同種物質的正、逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)．

解答 解：（1）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，而升高溫度平衡向吸熱反應移動，故正反應為放熱反應，即△H＜0，
故答案為：＜；
（3）某溫度下，將6mol CO和4.4mol H₂充入2L的密閉容器中，10min該反應達到平衡，測得c（CO）=2.4mol•L^-1，則：
             CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始量（mol/L）：3     2.2        0
變化量（mol/L）：0.6   1.2        0.6
平衡量（mol/L）：2.4   1          0.6
故v（H₂）=$\frac{1.2mol/L}{10min}$=0.12mol/（L．min）；
該溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{0.6}{2.4×{1}^{2}}$=0.25，故反應溫度為300℃；氫氣轉化率=$\frac{1.2mol/L}{2.2mol/L}$×100%=54.5%；
故答案為：0.12；300℃；54.5%；
（4）①單位時間內消耗2mol H₂同時生成1molCH₃OH，均表示正反應速率，反應始終按該比例關系進行，故錯誤；
②混合氣體總質量不變，容器容積不變，混合氣體的密度始終不變，故錯誤；
③混合氣體總質量不變，隨反應進行混合氣體總的物質的量減小，混合氣體的平均相對分子質量增加，平均相對分子質量不再改變說明到達平衡，故正確；
④CO、H₂、CH₃OH的濃度均不再變化說明到達平衡，故正確；
⑤CO、H₂、CH₃OH的分子數(shù)目比與反應物起始投入量及轉化率有關，不一定等于化學計量數(shù)之比，故錯誤；
為1：2：1
⑥混合氣體總質量不變，隨反應進行混合氣體總的物質的量減小，恒溫恒容下混合氣體壓強減小，當混合氣體的總壓強不再變化說明到達平衡，故正確，
故選：③④⑥．

點評 本題考查化學平衡計算、平衡狀態(tài)判斷、反應速率計算、平衡常數(shù)等，注意判斷平衡的物理量應隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)．