Question

17．利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）合成甲醇，發(fā)生的主要反應如下：
Ⅰ．CO（g）+2H₂（g）?催化劑CH₃OH（g）△H₁
Ⅱ．CO₂（g）+H₂（g）?催化劑CO（g）+H₂O（g）△H₂
Ⅲ．CO₂（g）+3H₂（g）?催化劑CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
（1）上述反應達到平衡時對應的氫氣的百分含量分別為a₁、a₂、a₃，它們隨溫度變化的曲線如圖所示．則△H₂＞ （填“＞”、“＜”或“=”） 0，判斷理由是升溫平衡向吸熱反應方向進行；△H₁＜△H₃（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）在溫度T時，向某容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，發(fā)生反應Ⅲ的反應．
①如果該容器為恒壓容器，維持體系總壓強p恒定，達到平衡時，已知H₂的轉(zhuǎn)化率為75%，則在該溫度下平衡常數(shù)Kp=$\frac{100{P}^{2}}{3}$（用平衡分壓代替平衡濃度計算，
分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)）．
②如果該容器為恒容容器，達到平衡時，H₂的轉(zhuǎn)化率＜（填“＞”、“＜”或“=”）75%，理由是恒容容器中，達到平衡時體系壓強比恒壓容器中�。�
（3）在2.0L密閉容器中放入1molCO₂（g）和1molH₂（g），在一定溫度下發(fā)生反應Ⅱ的反應，2小時后達到平衡．下表為c（CO₂）與反應時間的數(shù)據(jù)：

反應時間t/min	20	40	60	80
c（CO2）（mol/L）	0.300	0.180	0.109	0.066

40min時，用CO₂表示的該反應速率為0.008mol/L•min，分析該反應過程中c（CO₂）變化與時間間隔（△t）的規(guī)律，得出的結(jié)論是隨時間增加，二氧化碳濃度減少，反應速率減小．

Answer 1

分析 （1）圖象分析可知反應Ⅱ中氫氣含量隨溫度升高減小說明平衡正向進行，升溫平衡向吸熱反應方向進行，熱化學方程式ⅠⅢ結(jié)合蓋斯定律計算Ⅱ進行比較；
（2）①反應Ⅲ為：CO₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₃OH（g）+H₂O（g），依據(jù)化學平衡三行計算列式計算平衡物質(zhì)的量，用平衡分壓代替平衡濃度計算平衡常數(shù)，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)；
②恒壓容器隨反應進行，體積減小，壓強增大平衡正向進行，如果該容器為恒容容器，達到平衡時，H₂的轉(zhuǎn)化率小于恒壓容器中達到平衡的氫氣轉(zhuǎn)化率；
（3）二氧化碳起始濃度c=0.5mol/L，反應進行到40min時濃度為0.18mol/L，二氧化碳反應速率V=$\frac{△c}{△t}$，分析二氧化碳濃度變化和時間關系，反應達到平衡前每增加20min，二氧化碳濃度減少，反應速率減慢；

解答 解：（1）圖象分析可知反應Ⅱ中氫氣含量隨溫度升高減小說明平衡正向進行，升溫平衡向吸熱反應方向進行△H₂＞0，
Ⅰ．CO（g）+2H₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₃OH（g）△H₁
Ⅱ．CO₂（g）+H₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CO（g）+H₂O（g）△H₂
Ⅲ．CO₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
蓋斯定律計算Ⅲ-Ⅰ得到CO₂（g）+H₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CO（g）+H₂O（g）△H₂=△H₃-△H₁ ＞0
 則△H₃＞△H₁ ，
故答案為：＞，升溫平衡向吸熱反應方向進行，＜；
（2）①在溫度T時，向某容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，維持體系總壓強p恒定，達到平衡時，已知H₂的轉(zhuǎn)化率為75%，
              CO₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$CH₃OH（g）+H₂O（g），
起始量（mol）  1       3                0        0
變化量（mol）  0.75    3×0.75          0.75      0.75
平衡量（mol） 0.25     0.75             0.75      0.75
平衡后氣體總物質(zhì)的量=0.25mol+0.75mol+0.75mol+0.75mol=2.5mol，
平衡常數(shù)Kp=$\frac{P×\frac{0.75}{2.5}×P×\frac{0.75}{2.5}}{P×\frac{0.25}{2.5}×（P×\frac{0.75}{2.5}）^{3}}$=$\frac{100{P}^{2}}{3}$，
故答案為：$\frac{100{P}^{2}}{3}$；
②恒壓容器隨反應進行，體積減小，壓強增大平衡正向進行，如果該容器為恒容容器，達到平衡時，H₂的轉(zhuǎn)化率小于恒壓容器中達到平衡的氫氣轉(zhuǎn)化率，小于75%，
故答案為：＜，恒容容器中，達到平衡時體系壓強比恒壓容器中��；
（3）二氧化碳起始濃度c=0.5mol/L，反應進行到40min時濃度為0.18mol/L，二氧化碳反應速率v=$\frac{0.5mol/L-0.18mol/L}{40min}$=0.008mol/L•min，分析圖表數(shù)據(jù)可知鎂20min，二氧化碳減少為0.12mol/L，0.071mol/L，0.043mol/L，隨時間增加，二氧化碳濃度減少，反應速率減小，
故答案為：0.008mol/L•min，隨時間增加，二氧化碳濃度減少，反應速率減��；

點評 本題考查了化學反應速率、化學平衡影響因素分析，化學平衡常數(shù)計算的方法，掌握基礎是解題關鍵，注意數(shù)據(jù)的分析應用，題目難度中等．