Question

【題目】工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應合成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH

（1）根據(jù)圖1請寫出合成甲醇的熱化學方程式_______________(熱量用E1、E2或E3表示)。

（2）該反應的逆反應速率隨時間變化的關(guān)系如上圖2。t1時改變了某種條件，改變的條件可能是________________________。

（3）判斷反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是____________(填字母序號)。

A．2v(H2)(逆) =v(CO)(正)

B．混合氣體的密度不變

C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

D．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化

E．容器內(nèi)CO、H2、CH3OH的濃度之比為1:2:1

（4）在一定溫度下，若將4a mol H2和2amol CO放入2L的密閉容器中，充分反應后測得CO的轉(zhuǎn)化率為50％，則該反應的平衡常數(shù)為___________。若此時再向該容器中投入a mol CO、2amol H2和amol CH3OH，判斷平衡移動的方向是_____________(“正向移動”“逆向移動”或“不移動”)；與原平衡相比，CO的物質(zhì)的量濃度__________(填“增大”、“不變”或“減小”)。

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH=(E1－E3)或－(E3－E1)kJmol-1加壓、等倍增加反應物和生成物、增加甲醇濃度、升高溫度、使用催化劑等CD1/a2正向移動增大；

【解析】

(1)圖象分析反應是放熱反應,反應的焓變=斷裂化學鍵吸收的能量-形成化學鍵放出的熱量,標注物質(zhì)的聚集狀態(tài)和對應反應的焓變寫出;(2)圖象分析可以知道是逆反應速率增大,反應是否達到平衡不知,所以增大逆反應速率的因素均符合;(3)可逆反應達到平衡狀態(tài)時,正逆反應速率相等(同種物質(zhì))或正逆反應速率之比等于系數(shù)之比(不同物質(zhì)),平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化,由此衍生的一些物理量不變,以此分析。

:(1)圖象分析反應是放熱反應,反應的焓變=斷裂化學鍵吸收的能量-形成化學鍵放出的熱量= (E1－E3) ,標注物質(zhì)的聚集狀態(tài)和對應反應的焓變寫出熱化學方程式為: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH=(E1－E3)或－(E3－E1)kJmol-1因此，本題答案是: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH=(E1－E3)或－(E3－E1)kJmol-1。

(2)圖象分析可以知道是逆反應速率增大,反應是否達到平衡不知,所以增大逆反應速率的因素均符合,如加壓、等倍增加反應物和生成物、增加甲醇濃度、升高溫度、使用催化劑等。因此，本題正確答案是:加壓、等倍增加反應物和生成物、增加甲醇濃度、升高溫度、使用催化劑等。
(3)判斷反應達到平衡狀態(tài)的根據(jù)正逆反應速率相等,平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化。A.若v(H2)(逆) =2v(CO)(正),說明正逆反應速率相同, 2v(H2)(逆) =v(CO)(正)不能說明正逆反應速率相同,故A錯誤; B.混合物的質(zhì)量始終不變,容器的體積不變,所以混合氣體的密度始終不變,所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的根據(jù),故B錯誤; C.反應前后,混合氣體的物質(zhì)的量改變,氣體的質(zhì)量不變,反應達到平衡狀態(tài)時,混合氣體的相對平均分子質(zhì)量不變,所以能作為判斷平衡狀態(tài)的根據(jù),所以C選項是正確的;D.反應達到平衡狀態(tài)時CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化,所以能作為判斷平衡狀態(tài)的根據(jù),所以D選項是正確的;E.容器內(nèi)CO、H2 、CH3OH的濃度之比為1:2:1,和起始量,變化量有關(guān),不能作為平衡的標志,故E錯誤;所以CD是正確的。

(4)反應開始時c(H2)=4amol/2L=2amol/L、c(CO)= 2amol/2L= amol/L ,充分反應后測得CO的轉(zhuǎn)化率為50,則參加反應的c(CO)=amol/L50= 0.5amol/L ,
該反應 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
開始mol/L a 2a 0
反應mol/L 0.5a a 0.5a
平衡mol/L 0.5a a 0.5a
化學平衡常數(shù)K=c(CH3OH)/[c(CO).c2(H2) ]=0.5a/(0.5aa2)=1/a2
若此時再向該容器中投入amolCO、2amolH2和amolCH3OH ,濃度為c(CO)= 0.5amol/L+0.5amol/L=amol/L;c=(H2)=amol/L+amol/L=2amol/L ,c(CH3OH)=0.5amol/L+0.5amol/L=amol/L ,濃度商Q=a/[a(2a)2]=1/4a2<1/a2,所以平衡正向移動,平衡時CO濃度增大。因此，本題正確答案是: 1/a2;正向移動;增大。