Question

12．在某溫度下、容積均為2L的三個密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫恒容，使之發(fā)生反應(yīng)：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-dkJ•mol^-1（d＞0）．初始投料與各容器達到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如表：

實驗	甲	乙	丙
初始投料	2mol　H2、1mol　CO	1mol　CH3OH	4mol　H2、2mol　CO
平衡時n（CH3OH）	0.5mol	n2	n3
反應(yīng)的能量變化	放出Q1KJ	吸收Q2KJ	放出Q3KJ
體系的壓強	P1	P2	P3
反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率	α1	α2	α3

（1）該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K為4．
（2）三個容器中的反應(yīng)分別達平衡時各組數(shù)據(jù)關(guān)系正確的是AB
A．α₁+α₂=1　　　B．Q₁+Q₂=d　　　　　 C．α₃＜α₁
D．P₃＞2P₁=2P₂ E．n₂＜n₃＜1.0mol　 　 F．Q₃＜2Q₁
（3）在其他條件不變的情況下，在第5min 時將甲容器的體系體積壓縮到1L，若在第8min達到新的平衡，從0min開始到新平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率為65.5%，請在圖中畫出第5min到新平衡時CH₃OH的物質(zhì)的量濃度的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），利用三段式計算平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算平衡常數(shù)；
（2）A．甲、乙為等效平衡，平衡時CO的物質(zhì)的量相等，令平衡時CO為amol，表示出甲中CO轉(zhuǎn)化率、乙中甲醇的轉(zhuǎn)化率，據(jù)此計算判斷；
B．甲、乙為等效平衡，平衡時CO的物質(zhì)的量相等，令平衡時CO為bmol，根據(jù)熱化學(xué)方程式表示出甲中放出熱量Q₁、乙中吸收的熱量Q₂，據(jù)此計算判斷；
C．丙與甲相比，可以等效為在甲的基礎(chǔ)上，壓強增大一倍；
D．甲、乙為等效平衡，平衡時對應(yīng)各組分的物質(zhì)的量相等，二者壓強等效，丙與甲相比，可以等效為在甲的基礎(chǔ)上，壓強增大一倍，平衡向正反應(yīng)移動，平衡時混合氣體的物質(zhì)的量小于甲中的2倍；
E．結(jié)合D中的分析解答；
F．丙與甲相比，可以等效為在甲的基礎(chǔ)上，壓強增大一倍，平衡向正反應(yīng)移動，丙中參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量大于甲中的2倍；
（3）根據(jù)已知條件求出甲醇在5min和8min時的物質(zhì)的量濃度，然后再作圖即可．

解答 解：（1）CO的起始濃度=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，氫氣的起始濃度=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，達到平衡時c（CH₃OH）=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L，則：
                            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol/L）：0.5          1                     0
變化（mol/L）：0.25       0.5                  0.25
平衡（mol/L）：0.25       0.5                 0.25
所以：平衡常數(shù)K=$\frac{0.25}{0.25×0．{5}^{2}}$=4，
故答案為：4；
（2）A．甲、乙為等效平衡，平衡時CO的物質(zhì)的量相等，令平衡時CO為amol，甲中CO轉(zhuǎn)化率α₁=$\frac{1-α}{1}$=1-a，平衡時甲醇的物質(zhì)的量=（1-a）mol，乙中參加反應(yīng)的甲醇為amol，乙中的轉(zhuǎn)化率α₂=a，故α₁+α₂=1，故A正確；
B．甲、乙為等效平衡，平衡時CO的物質(zhì)的量相等，令平衡時CO為bmol，則甲中參加反應(yīng)的CO為（1-b）mol，放出的熱量Q₁=d（1-b），乙中參加反應(yīng)的甲醇為bmol，吸收的熱量Q₂=bd，故Q₁+Q₂=d（1-b）+bd=d，故B正確；
C．丙與甲相比，可以等效為在甲的基礎(chǔ)上，壓強增大一倍，平衡向正反應(yīng)方向移動，轉(zhuǎn)化率增大，即α₃＞α₁ ，故C錯誤；
D．甲、乙為等效平衡，平衡時對應(yīng)各組分的物質(zhì)的量相等，二者壓強等效，丙與甲相比，可以等效為在甲的基礎(chǔ)上，壓強增大一倍，平衡向正反應(yīng)移動，平衡時混合氣體的物質(zhì)的量小于甲中的2倍，故壓強P₃＜2P₁=2P₂ ，故D錯誤；
E．由D中分析可知，n₂=0.5，n₃＞1.0mol，故E錯誤；
F．丙與甲相比，可以等效為在甲的基礎(chǔ)上，壓強增大一倍，平衡向正反應(yīng)移動，丙中參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量大于甲中的2倍，則Q₃＞2Q₁，故F錯誤，
故答案為：AB；
（3）將甲容器的體系體積壓縮到1L，若在第8min 達到新的平衡時，
                          2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）
初始量（mol）：2                1                0
變化量（mol）：1.31          0.652         0.652
平衡量（mol）：0.69          0.348           0.652
所以達到平衡時，甲醇的物質(zhì)的量濃度是0.652mol/L，在第5min時，由于體積減半，所以甲醇的濃度應(yīng)該加倍，即為0.25mol/L×2=0.5mol/L，所以5-8min內(nèi)，甲醇的物質(zhì)的量濃度從0.5mol/L升高到0.652mol/L，如圖所示：；
故答案為：．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡的計算、平衡圖象繪制等，題目難度中等，要準(zhǔn)確理解等效平衡問題，注意對結(jié)論的理解掌握．