Question

5．甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應來合成甲醇：2H₂（g）+CO（g）═CH₃OH（g）
（1）下表所列數(shù)據(jù)是該反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①該反應的平衡常數(shù)表達式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）．
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，將容器的容積壓縮到原來的1/2，在其他條件不變的情況下，對平衡體系產(chǎn)生的影響是CD（填字母）．
A．c（H₂）減少                   B．正反應速率加快，逆反應速率減慢
C．CH₃OH 的物質(zhì)的量增加           D．重新平衡時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10min后，達到平衡時測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%，此時的溫度為250℃．以CH₃OH表示該過程的反應速率v（CH₃OH）=0.08mol/（L•min）．
（2）下圖表示在溫度分別為T₁、T₂時，平衡體系中H₂的體積分數(shù)隨壓強變化曲線，A、C兩點的反應速率A＜C（填“＞”、“=”或“＜”，下同），A、C兩點的化學平衡常數(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”）．
（3）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=$\frac{b-a}{2}$-2ckJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①反應的平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度系數(shù)次冪之積和反應物平衡濃度系數(shù)次冪之積的比值；
②要提高CO的轉(zhuǎn)化率，采取的措施使得化學平衡正向移動即可，但是不能增加一氧化碳的投料；
③300℃時，將容器的容積壓縮到原來的1/2，在其他條件不變的情況下，相當于加壓，據(jù)此回答；
④達到平衡時測得c（CO）=0.2mol/L，則轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量為2.0mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，根據(jù)三行式計算轉(zhuǎn)化率、反應速率以及平衡常數(shù)；
（2）反應是放熱反應，降低溫度，則氫氣的體積分數(shù)降低，據(jù)此判斷溫度的高低，溫度相等，壓強越大，反應速率越快，溫度和K的關(guān)系和反應的吸放熱有關(guān)，據(jù)此回答；
（3）根據(jù)題意，反應CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）可以是$\frac{①-②}{2}$+2×③得到，根據(jù)蓋斯定律來計算．

解答 解：（1）①反應的平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度系數(shù)次冪之積和反應物平衡濃度系數(shù)次冪之積的比值，即K$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（CO）}$；放熱反應隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，所以反應是放熱的，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（CO）}$；＜；
②要提高CO的轉(zhuǎn)化率，采取的措施使得化學平衡正向移動即可，但是不能增加一氧化碳的投料；
a．反應是放熱的，升溫會使得平衡逆向移動，降低CO的轉(zhuǎn)化率，故a錯誤；
b．加入催化劑，可以加快反應速率，但是不會引起反應物平衡轉(zhuǎn)化率，故b錯誤；
c．增加CO的濃度會使得一氧化碳的轉(zhuǎn)化率降低，故c錯誤；
d．加入H₂加壓會使得平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率升高，故d正確；
e．加入惰性氣體加壓不會引起平衡的移動，不會引起反應物平衡轉(zhuǎn)化率，故e錯誤；
f．分離出甲醇使得化學平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率升高，故f正確；
故選df；   
③300℃時，將容器的容積壓縮到原來的1/2，在其他條件不變的情況下，相當于加壓；
A．增大壓強，平衡正向移動，但是體積減小，c（H₂）增加，故A錯誤；
B．將容器的容積壓縮到原來的1/2，相當于加壓，正逆反應速率加快，故B錯誤；
C．增大壓強，平衡正向移動，CH₃OH 的物質(zhì)的量增加，故C正確；
D．增大壓強，平衡正向移動，CH₃OH 的物質(zhì)的量增加，氫氣的物質(zhì)的量減小，所以重新平衡時c（H₂）/c（CH₃OH）減小，故D正確．
故選CD；
④達到平衡時測得c（CO）=0.2mol/L，則轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量為2.0mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，
所以CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.6mol}{2.0mol}$×100%=80%，則
     CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始：1mol/L 3mol/L       0
轉(zhuǎn)化：0.8mol/L 1.6mol/L 0.8mol/L
平衡：0.2mol/L 1.4mol/L 0.8mol/L
所以：k=$\frac{0.8mol/L}{0.2mol/L×（1.4mol/L）^{2}}$=2.041（mol/L）^-2，溫度應為250℃，以CH₃OH表示該過程的反應速率v（CH₃OH）=$\frac{0.8mol/L}{10min}$=0.08mol/（L•min），
故答案為：80%；250℃； 0.08；
（2）反應是放熱反應，降低溫度，壓強不變，則氫氣的體積分數(shù)降低，所以溫度T₂大于T₁，溫度相等，壓強越大，反應速率越快，所以A、C兩點的反應速率A＜C，反應是放熱的，所以溫度升高，K減小，A、C兩點的化學平衡常數(shù)相等，壓強不變，由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可采用升高溫度的辦法，故答案為：＜；=；升溫；
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-bkJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-ckJ•mol^-1
則CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）可以是$\frac{①-②}{2}$+2×③得到，根據(jù)蓋斯定律，反應的焓變△H=$\frac{b-a}{2}$-2c，故答案為：$\frac{b-a}{2}$-2c．

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(shù)的計算與運用以及等效平衡問題，題目難度較大．