Question

10．工業(yè)上在合成塔中采用下列反應(yīng)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=Q kJ•mol^-1
（1）判斷該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是cd（填字母序號）．
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分子質(zhì)量不變          d．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
（2）表所列數(shù)據(jù)是該可逆反應(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由表中數(shù)據(jù)判斷Q＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡測得c（CO）=0.2mol•L^-1，此時對應(yīng)的溫度為250℃；CO的轉(zhuǎn)化率為80%．
（3）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是df（填字母序號）．
a．升溫  b．加入催化劑
c．增加CO的濃度  d．通入H₂加壓
e．通入惰性氣體加壓  f．分離出甲醇
（4）請在圖中畫出壓強(qiáng)不同，平衡時甲醇的體積分?jǐn)?shù)（φ）隨溫度（T）變化的兩條曲線（在曲線上標(biāo)出p₁、p₂，且p₁＜p₂）．

Answer 1

分析 （1）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
（2）①升高溫度，可逆反應(yīng)向吸熱反應(yīng)方向移動，根據(jù)平衡常數(shù)與溫度變化關(guān)系確定焓變；
②轉(zhuǎn)化率=$\frac{n（CO）（反應(yīng)）}{n（CO）（反應(yīng)開始）}$，根據(jù)平衡濃度計算出平衡常數(shù)來確定溫度；
（3）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，必須使可逆反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動；
（4）根據(jù)壓強(qiáng)對平衡移動的影響判斷；

解答 解：（1）a．無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率始終相等，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故錯誤； 
 b．混合物的質(zhì)量始終不變，容器的體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故錯誤；
c．反應(yīng)前后，混合氣體的物質(zhì)的量改變，氣體的質(zhì)量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，混合氣體的相對平均分子質(zhì)量不變，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故正確；
 d．反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故正確；
故選 cd；
（2）①升高溫度，平衡向吸熱方向移動，根據(jù)表格知，溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：＜；
②平衡時一氧化碳的物質(zhì)的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，轉(zhuǎn)化率=$\frac{n（CO）（反應(yīng)）}{n（CO）（反應(yīng)開始）}$=$\frac{（1-0.4）mol}{2mol}$=80%，
                     CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）單位為mol/L
開始 （mol/L）：1mol/L    3mol/L         0      
反應(yīng)（mol/L）：0.8mol/L  1.6mol/L    0.8mol/L
平衡（mol/L）：0.2mol/L 1.4mol/L   0.8mol/L
平衡常數(shù)K=$\frac{0.8mol/L}{0.2mol/L×（1.4mol/L）^{2}}$=2.04，所以是250℃；
故答案為：250℃；80%；
（3）a．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，故錯誤；        
b．催化劑對平衡移動無影響，故錯誤；        
c．增加CO的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，但CO的轉(zhuǎn)化率降低，故錯誤；
d．加入H₂加壓，平衡向正反應(yīng)方向移動，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
e．加入惰性氣體加壓，參加反應(yīng)的氣體壓強(qiáng)不變，平衡不移動，故錯誤；    
f．分離出甲醇，平衡向正反應(yīng)方向移動，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
故選df；
（4）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，
則溫度越高，逆向反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，甲醇的含量就越低，
壓強(qiáng)增大，反應(yīng)正向進(jìn)行的程度大，則甲醇的含量高，則圖象為
，
故答案為：．

點評 本題考查了影響化學(xué)平衡移動的因素、平衡狀態(tài)的判斷等知識點，易錯選項是（3）C，注意加入CO雖然能使平衡向正反應(yīng)方向移動，但一氧化碳的轉(zhuǎn)化率降低，為易錯點．