Question

13．工業(yè)上一般以CO和H₂為原料在密閉容器中合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），如圖1是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線．

（1）T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁＞K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）由CO合成甲醇時(shí)，CO在250℃、300℃、350℃下達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系曲線如圖2所示，則曲線c所表示的溫度為350℃．實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是1.3×10⁴kPa下CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增大壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加很多，得不償失．
（3）以下有關(guān)該反應(yīng)的說(shuō)法正確的是AD（填序號(hào)）．
A．恒溫、恒容條件下，若容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化，則可逆反應(yīng)達(dá)到平衡
B．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時(shí)，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡
C．使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間并提高CH₃OH的產(chǎn)率
D．某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L固定容積的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后測(cè)得c（CO）=0.2mol•L^-1，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%
（4）一定溫度下，向2L的固定體積的密閉容器中加入1molCH₃OH（g），發(fā)生反應(yīng)：CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化的曲線如圖3所示．
該溫度下，反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=4L²•mol^-2．相同溫度下，若開(kāi)始時(shí)加入CH₃OH（g）的物質(zhì)的量是原來(lái)的2倍，則C（填序號(hào)）是原來(lái)的2倍．
A．CH₃OH的平衡濃度   B．達(dá)到平衡的時(shí)間     C．平衡時(shí)氣體的密度．

Answer 1

分析 （1）圖1分析先拐先平溫度高，T₂＜T₁，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析判斷平衡移動(dòng)方向確定平衡常數(shù)大小；
（2）圖1分析可知，溫度越高一氧化碳轉(zhuǎn)化率越小，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率以及化學(xué)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程來(lái)回答，從橫坐標(biāo)上一點(diǎn)，畫(huà)一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越低轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明，升溫時(shí)平衡向逆向移動(dòng)；
（3）當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量不變，注意該該反應(yīng)中反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和與生成物的化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系；
（4）據(jù)圖象可求出H₂的化學(xué)反應(yīng)速率，再據(jù)化學(xué)反應(yīng)中用各物質(zhì)表示的速率之比等于系數(shù)之比，可求得第一問(wèn)．據(jù)三段式法求得平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，
                               CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
反應(yīng)前濃度（mol/L ）0.5                     0            0
反應(yīng)的濃度（mol/L ）0.25                  0.25        0.5
反應(yīng)的濃度（mol/L ）0.25                 0.25        0.5
代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算，氣體體積不變，質(zhì)量增倍，密度增倍．

解答 解：（1）圖1分析先拐先平溫度高，T₂＜T₁，溫度越高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率越小，平衡常數(shù)越小，則T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁＞K₂，
故答案為：＞；
（2）圖1分析可知，溫度越高一氧化碳轉(zhuǎn)化率越小，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，CO在250℃、300℃、350℃下達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系曲線如圖2所示，溫度最高的是c曲線為350°，根據(jù)CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系圖2，可以知道在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失，
故答案為：350；1.3×10⁴ kPa 下CO 的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增大壓強(qiáng)，CO 的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加很多，得不償失；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
A．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，恒溫、恒容條件下，若容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化，則可逆反應(yīng)達(dá)到平衡，故A正確；
B．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時(shí)，只能說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能說(shuō)明可逆反應(yīng)達(dá)到平衡，故B錯(cuò)誤；
C．使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，但不改變化學(xué)平衡，不能提高CH₃OH的產(chǎn)率，故C錯(cuò)誤；
D．某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L固定容積的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后測(cè)得c（CO）=0.2mol•L^-1，則CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{2mol-2L×0.2mol/L}{2mol}$×100%=80%，故D正確；
故答案為：AD；
（4）據(jù)圖象可求出H₂的化學(xué)反應(yīng)速率，再據(jù)化學(xué)反應(yīng)中用各物質(zhì)表示的速率之比等于系數(shù)之比，可求得第一問(wèn)．據(jù)三段式法求得平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，
                   CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
反應(yīng)前濃度（mol/L ）0.5          0        0
反應(yīng)的濃度（mol/L ）0.25        0.25     0.5
反應(yīng)的濃度（mol/L ）0.25        0.25     0.5
代入公式K=$\frac{0.5×0.5×0.25}{0.25}$=0.25，求得該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為0.25（mol•L）²．所求反應(yīng)的K，是該反應(yīng)的逆反應(yīng)，所以系數(shù)是其倒數(shù)則平衡常數(shù)=$\frac{1}{0.25}$L²•mol^-2=4L²•mol^-2．
體積不變的容器中，反應(yīng)物與生成物全是氣體，質(zhì)量加倍，故密度加倍，選C，
故答案為：4L²•mol^-2；C．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)中能量變化，化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡影響因素與化學(xué)平衡圖象、平衡常數(shù)計(jì)算等，注意根據(jù)反應(yīng)的特征分析圖象中條件的改變，題目難度中等．