Question

4．煤的氣化可以減少環(huán)境污染，而且生成的CO和H₂被稱作合成氣，能合成很多基礎(chǔ)有機化工原料．
（1）一定條件下，H₂、CO在體積固定的絕熱密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），下列選項能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)的有BD．
A．v（H₂）=2v（CO）
B．平衡常數(shù)K不再隨時間而變化
C．混合氣體的密度保持不變
D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化
（2）工業(yè)可采用CO與H₂反應(yīng)合成再生能源甲醇，反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）??CH₃OH（g），在一容積可變的密閉容器中充有10mol CO和20mol H₂，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇．CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T ）、壓強（p）的關(guān)系如圖1所示．
①合成甲醇的反應(yīng)為放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)．
②A、B、C三點的平衡常數(shù)K_A、K_B、K_C的大小關(guān)系為K_A=K_B＞K_C，p₁和p₂的大小關(guān)系為P₁＜P₂．
③若達(dá)到平衡狀態(tài)A時，容器的體積為10L，則在平衡狀態(tài)B時容器的體積為2 L．
④CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T ）、壓強（p）的關(guān)系如圖2所示，實際生產(chǎn)時條件控制在250℃、1.3×10⁴ kPa左右，選擇此壓強的理由是在1.3×10⁴Pa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，生產(chǎn)成本卻增加．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)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，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（2）①由圖1可知，壓強一定時，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動；
②平衡常數(shù)與濃度、壓強無關(guān)，只與溫度有關(guān)，結(jié)合平衡移動判斷；增大壓強平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
③A、B兩點溫度相等，壓強不同，平衡常數(shù)相同，利用三段式計算A、B兩點平衡時各組分物質(zhì)的量，根據(jù)A點各物質(zhì)的濃度計算平衡常數(shù)，再根據(jù)平衡常數(shù)計算B點體積；
④由圖3可知，在250°C、1.3x10⁴kPa左右，時CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強CO轉(zhuǎn)化率提高不大，且增大成本．

解答 解：（1）A.2v（H₂）=v （CO）中未指明正逆速率，不能說明得到平衡，故A錯誤；
B．平衡常數(shù)與濃度、壓強無關(guān)，只與溫度有關(guān)，溫度一定時平衡常數(shù)為定值，絕熱密閉容器中，容器中的溫度隨著反應(yīng)進(jìn)行不斷變化，則平衡常數(shù)不斷變化，當(dāng)平衡常數(shù)不變時說明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故B正確；
C．容器體積不變，混合氣體總質(zhì)量不變，混合氣體密度始終保持不變，不能說明得到平衡，故C錯誤；
D．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行氣體物質(zhì)的量減小，混合氣體平均相對分子質(zhì)量減小，當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故D正確，
故答案為：BD；
（2）①由圖1可知，壓強一定時，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，即正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
②平衡常數(shù)與壓強無關(guān)，只與溫度有關(guān)，A、B溫度相等，則K_A=K_B，相同壓強下，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，則平衡常數(shù)減小，故K_B＞K_C，故K_A=K_B＞K_C；增大壓強平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，已知P₂條件下，CO的轉(zhuǎn)化率大，則P₁＜P₂；
故答案為：K_A=K_B＞K_C； P₁＜P₂；
③A、B兩點溫度相等，壓強不同，平衡常數(shù)相同，
對應(yīng)A點，CO轉(zhuǎn)化率為0.5，參加反應(yīng)CO為10mol×0.5=5mol，
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol）：10      20                   0
轉(zhuǎn)化（mol）：5       10                   5
平衡（mol）：5       10                   5
故T₁溫度下，平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{5}{10}}{\frac{5}{10}×（\frac{10}{10}）^{2}}$=1
對應(yīng)B點，CO轉(zhuǎn)化率為0.8，參加反應(yīng)CO為10mol×0.8=8mol，
                  CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol）：10        20                    0
轉(zhuǎn)化（mol）：8          16                    8
平衡（mol）：2           4                     8
設(shè)平衡時的體積為VL，則$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）^{2}}$=1，解得V=2
故答案為：2；
④由圖3可知，在250°C、1.3x10⁴kPa左右，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強CO轉(zhuǎn)化率提高不大，且增大生成成本，得不償失，故選擇250°C、1.3x10⁴kPa左右，
故答案為：在1.3×10⁴Pa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，生產(chǎn)成本卻增加．

點評 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)有關(guān)計算、化學(xué)平衡圖象及影響因素、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、反應(yīng)熱計算，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用，掌握三段式計算方法，難度中等．