Question

9．甲醇是一種可再生能源，具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來(lái)合成甲醇：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）；
（1）判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是cd（填序號(hào)）．
a． 生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等      b． 混合氣體的密度不變
c． 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變         d． CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
（2）下表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）．c（CO）}$，△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是df（填序號(hào)）．
a．升溫  b．加入催化劑  c．增加CO的濃度  d．加入H₂加壓  e．加入惰性氣體加壓  f．分離出甲醇
③300℃時(shí)，將容器的容積壓縮到原來(lái)的$\frac{1}{2}$，在其他條件不變的情況下，對(duì)平衡體系產(chǎn)生的影響是CD（填字母）．
A．c（H₂）減少                    B．正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率減慢
C．CH₃OH 的物質(zhì)的量增加           D．重新平衡時(shí)c（H₂）/c（CH₃OH）減小
④某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)10min后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%，此時(shí)的溫度為250℃．以CH₃OH表示該過(guò)程的反應(yīng)速率v（CH₃OH）=0.08mol/（L•min）．
（3）如圖表示在溫度分別為T₁、T₂時(shí)，平衡體系中H₂的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線，A、C兩點(diǎn)的反應(yīng)速率A＜C（填“＞”、“=”或“＜”，下同），A、C兩點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)A=C，由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可采用升溫的方法（填“升溫”或“降溫”）；
（4）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
則CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=$\frac{b-a-4c}{2}$kJ•mol^-1 ．

Answer 1

分析 （1）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變、物質(zhì)的量濃度不變、百分含量不變以及由此引起的一系列物理量不變；
（2）①該反應(yīng)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）．c（CO）}$；升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，升高溫度平衡常數(shù)減小，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)；
②要提高CO轉(zhuǎn)化率，應(yīng)該使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但不能通過(guò)增大CO濃度改變；
③在其他條件不變的情況下，300℃時(shí)，將容器的容積壓縮到原來(lái)的$\frac{1}{2}$，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡正向移動(dòng)；
④開(kāi)始時(shí)，c（CO）=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{（1-0.2）mol/L}{1mol/L}×100%$；平衡時(shí)c（CH₃OH）=c（CO） _{（反應(yīng)）}=（1-0.2）mol/L=0.8mol/L，c（H₂）=$\frac{6mol}{2L}$-2×（1-0.2）mol/L=1.4mol/L，根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)關(guān)系確定反應(yīng)溫度；先計(jì)算CO反應(yīng)速率，再根據(jù)同一可逆反應(yīng)中同一段時(shí)間內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比計(jì)算甲醇的反應(yīng)速率；
（3）相同溫度下，壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越大；相同溫度下，化學(xué)平衡常數(shù)相等；由B到A，氫氣體積分?jǐn)?shù)增大，則平衡逆向移動(dòng)，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；
（4）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱．

解答 解：（1）a． 無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)都存在生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；      
b． 反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變、容器體積不變，所以無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度始終不變，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
c．該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體計(jì)量數(shù)之和減小的反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，所以反應(yīng)前后氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量改變，當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；         
d． CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
故選cd；
（2）①該反應(yīng)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）．c（CO）}$；升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，升高溫度平衡常數(shù)減小，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，則△H＜0，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）．c（CO）}$；＜；
②a．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率降低，故錯(cuò)誤；
b．加入催化劑只改變反應(yīng)速率不影響平衡移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故錯(cuò)誤；
c．增加CO的濃度平衡正向移動(dòng)，但CO的轉(zhuǎn)化率降低，故錯(cuò)誤；
d．加入H₂加壓平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
e．加入惰性氣體加壓，CO、氫氣和甲醇的濃度不變，平衡不移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故錯(cuò)誤；
f．分離出甲醇，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
故選d f；   
③在其他條件不變的情況下，300℃時(shí)，將容器的容積壓縮到原來(lái)的$\frac{1}{2}$，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡正向移動(dòng)，
A．體積減小，平衡正向移動(dòng)，但c（H₂）增大量大于參加反應(yīng)的增大濃度，所以平衡時(shí)氫氣濃度增大，故錯(cuò)誤；
B．增大壓強(qiáng)，正逆反應(yīng)速率都增大，故錯(cuò)誤；
C．增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，則CH₃OH 的物質(zhì)的量增加，故正確；           
D．平衡正向移動(dòng)，氫氣物質(zhì)的量減小、甲醇物質(zhì)的量增大，則重新平衡時(shí)c（H₂）/c（CH₃OH）減小，故正確；
故選CD；   
④開(kāi)始時(shí)，c（CO）=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{（1-0.2）mol/L}{1mol/L}×100%$=80%；平衡時(shí)c（CH₃OH）=c（CO） _{（反應(yīng)）}=（1-0.2）mol/L=0.8mol/L，c（H₂）=$\frac{6mol}{2L}$-2×（1-0.2）mol/L=1.4mol/L，根據(jù)濃度商=$\frac{0.8}{1．{4}^{2}×0.2}$=2.041，所以該溫度是250℃；
v（CO）$\frac{（1-0.2）mol/L}{10min}$=0.08mol/（L．min），再根據(jù)同一可逆反應(yīng)中同一段時(shí)間內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比得甲醇的反應(yīng)速率為0.08mol/（L．min），故答案為：80%；250℃；0.08；
（3）相同溫度下，壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越大，C點(diǎn)壓強(qiáng)大于A，所以反應(yīng)速率A＜C；相同溫度下，化學(xué)平衡常數(shù)相等，所以A、C點(diǎn)溫度相等；由B到A，氫氣體積分?jǐn)?shù)增大，則平衡逆向移動(dòng)，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，所以改變條件是升高溫度；
故答案為：＜；=；升溫；    
（4）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
則將方程式$\frac{①+4③-②}{2}$得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），則△H=$\frac{b-a-4c}{2}$kJ/mol，
故答案為：$\frac{b-a-4c}{2}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、蓋斯定律等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，注意：只有反應(yīng)前后改變的物理量才能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與物質(zhì)濃度及壓強(qiáng)無(wú)關(guān)，為易錯(cuò)點(diǎn)．