Question

7．利用CO和H₂可以合成甲醇，反應原理為CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）．一定條件下，在容積為V L的密閉容器中充入a mol CO與2a mol H₂合成甲醇，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示．
（1）p₁＜p₂（填“＞”、“＜”或“=”），理由是甲醇的合成反應是分子數(shù)減少的反應，相同溫度下，增大壓強CO的轉(zhuǎn)化率提高．
（2）該甲醇合成反應在A點的平衡常數(shù)K=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$（用a和V表示）．
（3）該反應達到平衡時，反應物轉(zhuǎn)化率的關(guān)系是CO=H₂．（填“＞”、“＜”或“=”）
（4）下列措施中能夠同時滿足增大反應速率和提高CO轉(zhuǎn)化率的是C（填字母）．
A．使用高效催化劑              B．降低反應溫度
C．增大體系壓強                D．不斷將CH₃OH從反應混合物中分離出來．

Answer 1

分析 （1）相同溫度下，同一容器中，增大壓強，平衡向正反應方向移動，則CO的轉(zhuǎn)化率增大；
（2）根據(jù)圖可知，在A點，CO的轉(zhuǎn)化率為0.75，所以平衡時n（CO）=amol×（1-0.75）=0.25amol，n（CH₃OH）=c（CO）（參加反應）=amol×0.5=0.75amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.75=0.5amol，則c（CO）=$\frac{0.25a}{V}$mol/L、c（CH₃OH）=$\frac{0.75a}{V}$mol/L、c（H₂）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L，根據(jù)化學平衡常數(shù)K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）•c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$計算；
（3）反應物的物料之比等于反應方程式中的系數(shù)之比，則兩種反應的轉(zhuǎn)化率相等，據(jù)此判斷
（4）影響反應速率的因素有溫度、濃度、壓強和催化劑，影響平衡移動的因素有溫度、濃度和壓強，據(jù)此分析．

解答 解：（1）甲醇的合成反應是分子數(shù)減少的反應，相同溫度下，增大壓強，平衡向正反應方向移動，則CO的轉(zhuǎn)化率增大，根據(jù)圖象知，p₁＜p₂，
故答案為：＜；甲醇的合成反應是分子數(shù)減少的反應，相同溫度下，增大壓強CO的轉(zhuǎn)化率提高；
（2）根據(jù)圖可知，在A點，CO的轉(zhuǎn)化率為0.75，所以平衡時n（CO）=amol×（1-0.75）=0.25amol，n（CH₃OH）=c（CO）（參加反應）=amol×0.5=0.75amol，n（H₂）=2amol-2×amol×0.75=0.5amol，則c（CO）=$\frac{0.25a}{V}$mol/L、c（CH₃OH）=$\frac{0.75a}{V}$mol/L、c（H₂）=$\frac{0.5a}{V}$mol/L，所以K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）•c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.75a}{V}}{\frac{0.25a}{V}×（{\frac{0.5a}{V}）}^{2}}$=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$，
故答案為：$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
（3）反應物的物料之比等于反應方程式中的系數(shù)之比，則兩種反應的轉(zhuǎn)化率相等，該反應中反應物CO 和H₂的系數(shù)之比為1：2，等于投入的物料之比，所以CO 和H₂的轉(zhuǎn)化率相等，
故答案為：=；
（4）a．使用高效催化劑，反應速率加快，但平衡不移動，故不選；
b．降低反應溫度，反應速率減慢，故不選；
c．增大體系壓強，反應速率加快，平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故選；
d．不斷將CH₃OH從反應混合物中分離出來，反應速率減慢，故不選；
故答案為：C．

點評 本題考查了化學平衡常數(shù)表達式書寫以及計算、化學平衡影響因素分析判斷、化學平衡狀態(tài)的判斷，掌握基礎是關(guān)鍵，題目難度中等．