Question

工業(yè)上可以在恒容密閉容器中采用下列反應制備甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
（1）下列情況可以作為判斷反應達到平衡狀態(tài)的依據的是（填序號）

 

．
A．生成CH₃OH 的速率與消耗H₂的速率之比為1：2
B．混合氣體的平均相對分子質量保持不變
C．混合氣體的密度保持不變
D．體系內的壓強保持不變
（2）下表所列數據為該反應在不同溫度下的化學平衡常數：

溫度/℃、00w	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

①該反應的平衡常數表達式為K=

 

．由上表數據判斷，該反應的△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．升高溫度，正反應速率

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②某溫度下，將2molCO和6molH₂充入一個容積為2L的密閉容器中，達到平衡時c（H₂）=1.4mol/L，則CO的轉化率為

 

，此時的溫度為

 

．
（3）欲提高CO的轉化率，可采取的措施是

 

．（填序號）
A．升溫   　　　　　　　B．加入更高效的催化劑   C．恒容條件下充入CO
D．恒容條件下充入H₂E．恒容條件下充入氦氣　　F．及時移走CH₃OH
（4）一定條件下，CO和H₂在催化劑作用下生成1molCH₃OH的能量變化為90.8kJ．該溫度下，在三個容積相同的密閉容器中，按不同方式投料，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如下：

容器		甲	乙	丙
投料方式		1molCO、2molH2	1molCH3OH	2molCH3OH
平衡數據	C（CH3OH）/（mol/L）	c1	c2	c3
	體系壓強（Pa）	p1	p2	p3
	反應的能量變化	akJ	bkJ	ckJ
	原料轉化率	α1	α2	α3

下列分析正確的是

 

．（填序號）
A．2c₁＜c₃ B．2p₁＜p₃     C．|a|+|b|=90.8     D．α₁+α₃＞1．

Answer 1

分析：（1）當化學反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不再發(fā)生變化，根據密度和平均相對分子質量的公式進行分析解答該題；
（2）化學平衡常數K=

生成物平衡濃度系數次冪之積

反應物平衡濃度系數次冪之積

，根據溫度和化學反應速率、K、反應吸放熱之間的關系來回答即可；
（3）化學平衡向右移動可以提高CO的轉化率，但是不能加入一氧化碳；
（4）A、甲、丙相比較，把甲等效為開始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質的量為甲的2倍，壓強增大，對于反應CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動；
B、比較甲、丙可知，丙中甲醇的物質的量為甲的2倍，壓強增大，對于反應CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動；
C、由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化為

454kJ

5

=90.8kJ，甲、乙平衡狀態(tài)相同，令平衡時甲醇為nmol，計算反應熱數值，據此判斷；
D、甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，據此判斷．

解答：解：（1）A．生成CH₃OH 的速率與消耗H₂的速率之比為1：2，只能表示正反應方向，不能證明正逆反應速率相等，故A錯誤；
B．混合氣體的質量在反應前后是守恒的，反應前后氣體物質的量和在變化，所以平均相對分子質量保持不變，證明達到了化學平衡狀態(tài)，故B正確；
C．混合氣體的質量在反應前后是守恒的，反應前后氣體體積不變化，混合氣體的密度始終保持不變，混合氣體的密度不變不能證明達到了化學平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．反應前后氣體系數和在變化，當體系內的壓強保持不變，證明達到了平衡，故D正確．
故選BD；
（2）①化學平衡常數K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，根據圖中的數據可以看出溫度越高，平衡常數越小，所以該反應是放熱反應，根據溫度對反應速率的影響知道，溫度升高，化學反應速率加快，故答案為：

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

；＜；增大；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始濃度：1        3         0
變化濃度：0.8      1.6        0.8
平衡濃度：0.2      1.4        0.8
則CO的轉化率為

0.8

1

×100%=80%，K=

0.8

0.2×1．42

≈2.041，所以此時溫度是250℃，
故答案為：80%；250℃．
（3）A．升溫，化學平衡會逆向移動，一氧化碳的轉化率減小，故A錯誤；
B．加入更高效的催化劑，不會引起化學平衡的移動，不會改變轉化率，故B錯誤；
C．恒容條件下充入CO，會使其轉化率減小，故C錯誤；
D．恒容條件下充入H₂，可以使平衡右移，一氧化碳轉化率增大，故D正確；
E．恒容條件下充入氦氣，不會引起化學平衡的移動，不會改變CO的轉化率，故E錯誤；
F．及時移走CH₃OH，可以使平衡右移，一氧化碳轉化率增大，故F正確；
故選DF；
（4）A、甲、丙相比較，把甲等效為開始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質的量為甲的2倍，壓強增大，對于反應CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動，故2c₁＜c₃，故A正確；
B、比較甲、丙可知，丙中甲醇的物質的量相當于甲的2倍，壓強增大，對于反應CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動，故2p₁＞p₃，故B錯誤；
C、由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化為

454kJ

5

=90.8kJ，甲、乙平衡狀態(tài)相同，令平衡時甲醇為nmol，對于甲容器，a=90.8n，等于乙容器b=90.8（1-n），故|a|+|b|=90.8，故C正確；
D、甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D錯誤，
故選AC．

點評：本題考查較為綜合，涉及化學平衡的計算、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數的計算與運用以及等效平衡問題，難度較大，注意（4）題為易錯點、難點，注意理解等效平衡問題．