Question

工業上在合成塔中采用下列反應合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=Q kJ/mol
（1）判斷該可逆反應達到平衡狀態的標志是（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、CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發生變化    d、混合氣體的平均相對分子質量不變
（2）下表所列數據是該可逆反應在不同溫度下的化學平衡常數（K）

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中數據判斷Q

 

0（填“＞”、“＜”或“=”），該反應在

 

（填“較高”或“較低”）溫度下有利于自發進行．
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應后，達到平衡測得c（CO）=0.2mol/L，此時對應的溫度為_

 

；CO的轉化率為

 

．
（3）請在圖中畫出壓強不同，平衡時甲醇的體積分數（φ）隨溫度（T）變化的兩條曲線（在曲線上標出P₁、P₂、，且p₁＜P₂）
（4）要提高CO的轉化率且提高反應速率，可以采取的措施是

 

（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、通人惰性氣體加壓    f．、分離出甲醇
（5）已知一定條件下，CO與H₂在催化劑的作用下生成5molCH₃OH時，能量的變化為454kJ．在該條件下，向容積相同的3個密閉容器中，按照甲、乙、丙三種不同的投料方式加人反應物，測得反應達到平衡時的有關數據如下：

容器		甲	乙	丙
反應物投入量		1molCO 2molH2	1molCH3OH	2molCH3OH
平衡 時數 據	CH3OH的濃度（mol?L-1）	c1	c2	c3
	反應吸收或放出的能量（KJ）	a	b	c
	體系壓強（Pa）	P1	P2	P3
	反應物轉化率	α1	α2	α3

下列說法正確的是

 

（填字母序號）．
A、2c₁＞c₃   B、a+b＜90.8    C、2P₂＜P₃      D、α₁+α₃＜1．

Answer 1

考點：等效平衡,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態的判斷

專題：化學平衡專題

分析：（1）化學反應達到化學平衡狀態時，正逆反應速率相等，且不等于0，各物質的濃度不再發生變化，由此衍生的一些物理量不發生變化，以此進行判斷，得出正確結論；
（2）①依據平衡常數隨溫度變化分析，結合平衡移動原理分析熱量變化；
②依據化學平衡的三段式列式計算，依據轉化率概念計算得到；根據濃度計算出平衡常數，再判斷溫度；
（3）增大壓強，平衡正向移動；甲醇的體積分數（φ）增大；升高溫度，平衡逆向移動，甲醇的體積分數（φ）減小，依此作圖；
（4）a．升溫，反應速率加快，平衡逆向移動，CO的轉化率減小；
b．加入催化劑，反應速率加快，平衡不移動，CO的轉化率不變；
c．增加CO的濃度，反應速率加快，平衡正向移動，但CO的轉化率減小；
d．通入H₂加壓，反應速率加快，平衡正向移動，CO的轉化率增大；
e．通人惰性氣體加壓，反應速率不變，平衡不移動，CO的轉化率不變；
f．分離出甲醇，反應速率減慢，平衡正向移動，CO的轉化率增大；
（5）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．由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化為

454

5

=90.8kJ，甲、乙平衡狀態相同，令平衡時甲醇為nmol，計算反應熱數值，據此判斷；
C．比較乙、丙可知，丙中甲醇的物質的量為乙的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；
D．甲、乙處于相同的平衡狀態，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，據此判斷．

解答： 解：（1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
a．生成CH₃OH是正反應，消耗CO也是正反應，故a錯誤；
b．密度=

總質量

體積

，總質量一定，體積一定，故混合氣體的密度不變不能說明反應達平衡狀態，故b錯誤；
c．達到化學平衡狀態時，各物質的濃度不再發生變化，故CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發生變化能說明反應達平衡狀態，故c正確；
d．平均相對分子質量=

總質量

總物質的量

，總質量一定，總物質的量會變，故混合氣體的平均相對分子質量不變能說明反應達平衡狀態，故d正確；
故答案為：cd；
（2）①依據圖表數據可知，隨溫度升高，平衡常數減小，說明平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正向放熱反應，故Q＜0；
故答案為：＜；
△G=△H-T△S，△H＜0，△S＜0，故低溫有利于自發進行，
故答案為：＜；低溫；
②c（CO）=0.2mol/L，物質的量為0.4mol；
             CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始量（mol） 2        6          0
變化量（mol） 1.6     3.2        1.6
平衡量（mol） 0.4     2.8        1.6
c（CO）=

0.4

2

=0.2mol/L，c（H₂）=

2.8

2

=1.4mol/L，c（CH₃OH ）=

1.6

2

=0.8mol/L，
此時的平衡常數為：K=

1.6

0.2×1.4×1.4

≈2.041，所以溫度為250℃，
CO的轉化率=

1.6

2

×100%=80%，
故答案為：250℃；80%； 
（3）增大壓強，平衡正向移動；甲醇的體積分數（φ）增大；升高溫度，平衡逆向移動，甲醇的體積分數（φ）減小，
故答案為：；
（4）a．升溫，反應速率加快，平衡逆向移動，CO的轉化率減小，故a錯誤；
b．加入催化劑，反應速率加快，平衡不移動，CO的轉化率不變，故b錯誤；
c．增加CO的濃度，反應速率加快，平衡正向移動，但CO的轉化率減小，故c錯誤；
d．通入H₂加壓，反應速率加快，平衡正向移動，CO的轉化率增大，故d正確；
e．通人惰性氣體加壓，反應速率不變，平衡不移動，CO的轉化率不變，故e錯誤；
f．分離出甲醇，反應速率減慢，平衡正向移動，CO的轉化率增大，故f錯誤；
故答案為：d；
（5）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錯誤；
B．由題目可知生成1molCH₃OH的能量變化為

454

5

=90.8kJ，甲、乙平衡狀態相同，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B錯誤；
C．比較乙、丙可知，丙中甲醇的物質的量為乙的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2p₂＞p₃，故C錯誤；
D．甲、乙處于相同的平衡狀態，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正確，
故答案為：D．

點評：本題考查平衡狀態的判斷、化學平衡的計算、平衡常數的計算等，綜合性較強，難度中等，題量超大．