Question

12．目前工業(yè)上可利用CO或CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇，某研究小組對(duì)下列有關(guān)甲醇制取的三條化學(xué)反應(yīng)原理進(jìn)行探究．已知在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)（K₁、K₂、K₃）如表所示：
目前工業(yè)上可利用CO或CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇，某研究小組對(duì)下列有關(guān)甲醇制取的三條化學(xué)反應(yīng)原理進(jìn)行探究．已知在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)（K₁、K₂、K₃）如表所示：

化學(xué)反應(yīng)	焓變	平衡常數(shù)	溫度/℃
			500	700	800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）	△H1	K1	2.5	0.34	0.15
②CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）	△H2	K2	1.0	1.70	2.52
③CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	△H3	K3

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）反應(yīng)②是吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．
（2）根據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K₁、K₂與K₃之間的關(guān)系，則K₃=K₁×K₂ （用K₁、K₂表示），
△H₃═△H₁+△H₂ （用△H₁、△H₂表示）；根據(jù)反應(yīng)③判斷△S＜0（填“＞”、“=”或“＜”），在較低（填“較高”或“較低”）溫度下有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行．
（3）要使反應(yīng)③在一定條件下建立的平衡正向移動(dòng)，可采取的措施有ADF（填寫字母序號(hào)）．
A．縮小反應(yīng)容器的容積  B．?dāng)U大反應(yīng)容器的容積   C．升高溫度
D．降低溫度            E．使用合適的催化劑     F．從平衡體系中及時(shí)分離出CH₃OH
（4）500°C時(shí)，測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)刻，CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的濃度分別為0.1mol•L^-1、0.3mol•L^-1、0.3mol•L^-1、0.15mol•L^-1，則此時(shí)v_正＜v_逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（5）根據(jù)表格測(cè)得焓變，下列能量關(guān)系圖合理的是AD．

（6）某興趣小組研究反應(yīng)②的逆反應(yīng)速率在下列不同條件下隨時(shí)間的變化曲線，開始時(shí)升溫，t₁時(shí)平衡，t₂時(shí)降壓，t₃時(shí)增加CO濃度，t₄時(shí)又達(dá)到平衡．請(qǐng)畫出t₂至t₄的曲線．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，說(shuō)明升高溫度平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
（2）反應(yīng)③是氣體體積減小的反應(yīng)△S＜0，分析反應(yīng)特征可知平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂，計(jì)算不同溫度下反應(yīng)③的平衡常數(shù)，結(jié)合溫度變化分析判斷反應(yīng)焓變△H＜0，依據(jù)反應(yīng)①+②得到反應(yīng)③，所以平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂；所以△H₃═△H₁+△H₂；
（3）A．縮小反應(yīng)容器的容積，壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)；
B．?dāng)U大反應(yīng)容器的容積，壓強(qiáng)減小，平衡向氣體增大的方向移動(dòng)；
C．升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)K₃=K₁×K₂判斷溫度對(duì)平衡移動(dòng)影響；
D．由于K₃=K₁×K₂，由表中數(shù)據(jù)可知，降低溫度平衡常數(shù)增大，平衡正向移動(dòng)；
E．使用合適的催化劑，不影響平衡移動(dòng)；
F．從平衡體系中及時(shí)分離出CH₃OH，平衡正向移動(dòng)；
（4）500℃時(shí)K₃=K₁×K₂=2.5，再計(jì)算此時(shí)濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，進(jìn)而判斷v（正）、v（逆）相對(duì)大�。�
（5）依據(jù)反應(yīng)能量變化結(jié)合平衡移動(dòng)原理和影響因素分析選項(xiàng)；
（6）依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析判斷反應(yīng)速率變化和反應(yīng)進(jìn)行方向繪制圖象．

解答 解：（1）反應(yīng)②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，說(shuō)明升高溫度平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，
故答案為：吸熱；
（2）反應(yīng)①+②可得反應(yīng)③，則平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂，反應(yīng)③是氣體體積減小的反應(yīng)△S＜0，反應(yīng)③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是氣體體積減小的反應(yīng)△S＜0，分析反應(yīng)特征可知平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂，計(jì)算不同溫度下反應(yīng)③的平衡常數(shù)，500°C時(shí)，K₃=K₁×K₂=2.5×1.0=2.5，800°C時(shí)，K₃=K₁×K₂=2.52×0.15=0.375，結(jié)合溫度變化分析，隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，平衡逆向進(jìn)行，所以判斷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，焓變△H＜0，所以反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，依據(jù)反應(yīng)①+②得到反應(yīng)③，所以平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂；所以△H₃═△H₁+△H₂；
故答案為：K₁×K₂；△H₃═△H₁+△H₂；＜；較低；
（3）A．縮小反應(yīng)容器的容積，縮小反應(yīng)容器的容積，壓強(qiáng)增大，平衡向正向移動(dòng)，故正確；
  B．?dāng)U大反應(yīng)容器的容積，擴(kuò)大反應(yīng)容器的容積，壓強(qiáng)減小，平衡逆向移動(dòng)，故錯(cuò)誤；  
 C．由于K₃=K₁×K₂，由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度平衡常數(shù)減小，平衡逆向移動(dòng)，故錯(cuò)誤；
D．由于K₃=K₁×K₂，由表中數(shù)據(jù)可知，降低溫度平衡常數(shù)增大，平衡正向移動(dòng)，故正確；
E．使用合適的催化劑，可以加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，故錯(cuò)誤；
F．從平衡體系中及時(shí)分離出CH₃OH，生成物濃度減小，平衡正向移動(dòng)，故正確，
故選：ADF；
（4）500℃時(shí)K₃=K₁×K₂=2.5，濃度商Qc=$\frac{0.3×0.15}{0.1×0．{3}^{3}}$=16＞K=2.5，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，故v（正）＜v（逆），
故答案為：＜；
（5）A、反應(yīng)②已經(jīng)平衡常數(shù)隨溫度變化分析為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量低于生成物，圖象符合，故A正確；
B、催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，平衡狀態(tài)不變，圖象不符合，故B錯(cuò)誤；
C、①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g），依據(jù)數(shù)據(jù)分析，平衡常數(shù)隨溫度 升高減小，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量高于生成物，圖象不符合，故C錯(cuò)誤；
D、反應(yīng)③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是放熱鹽，反應(yīng)物能量高于生成物，圖象符合，故D正確；
故答案為：AD；
（6）反應(yīng)②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）是氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，反應(yīng)的逆反應(yīng)速率在下列不同條件隨時(shí)間的變化曲線，開始時(shí)升溫，逆反應(yīng)速率增大，t₁時(shí)平衡，t₂時(shí)降壓，逆反應(yīng)速率減小，平衡不變，t₃時(shí)增加CO濃度，此時(shí)刻逆反應(yīng)速率增大，隨反應(yīng)進(jìn)行減小，大平衡狀態(tài)大于t₂-t₃平衡狀態(tài)的逆反應(yīng)速率，t₄時(shí)又達(dá)到平衡，依據(jù)反應(yīng)速率影響分析繪制出去下變化；畫出t2至t4的曲線為如圖所示
；
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡、反應(yīng)速率影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，掌握反應(yīng)特征和平衡移動(dòng)原理是關(guān)鍵，題目難度中等．