Question

4．甲醇是重要的化工原料和清潔液體燃料．工業上可利用CO或CO₂來生產甲醇．甲醇制備的相關信息如表：

化學反應及平衡常數		平衡常數數值
		500℃	800℃
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）	K1	2.5	0.15
②H2（g）+CO2（g）?H2O（g）+CO（g）	K2	1.0	2.50
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	K3	2.5	0.375

（l）反應①是放熱反應（選填“吸熱”“放熱”．
（2）請寫出反應③的平衡常數表達式K₃=K₁•K₂（用K₁、K₂表）．
（3）若某溫度下反應①從開始到平衡CO和CH₃OH的濃度變化如圖一所示，則用H₂濃度變化表示此段時間內該反應的平均速υ（H₂）=0.15mol/（L•min），若某溫度下反應①中H₂的平衡轉化率（a）與體系總壓強（P）的關系如圖二所示，則平衡狀態由A變到B時，平衡常數K_（A）=K_（B）（填“＞”、“＜”、“=”）．

（4）一定溫度下，在體積固定的密閉容器中發生反應②，可判斷該反應已經達到平衡的是D
A．容器中總壓強不變      
B．混臺氣體的平均摩爾質量不變
C．混合氣體的密度不變     
D．CO₂（g）或CO（g）的濃度不變．

Answer 1

分析 （1）分析圖表數據，反應①平衡常數隨溫度升高減小，平衡逆向進行，正反應是放熱反應；
（2）依據平衡常數概念和表達式計算分析得到關系；
（3）根據甲醇的濃度變化計算出反應速率，利用計量數之比等于反應速率之比，得到答案；平衡常數隨溫度變化；
（4）依據化學平衡標志分析判斷，正逆反應速率相同，各組分含量保持不變分析選項．

解答 解：（1）分析圖表數據，反應①平衡常數隨溫度升高減小，平衡逆向進行，正反應是放熱反應．
故答案為：放熱．
（2）K₁=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c^2（{H}_{2}）•c（CO）}$，K₂=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（CO）}{c（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}$，K₃=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c^3（{H}_{2}）•c（C{O}_{2}）}$=K₁•K₂．
故答案為：K₁•K₂．
（3）甲醇濃度變化為0.75mol/L，反應速率為$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），反應速率之比等于計量數之比，則氫氣反應速率為甲醇反應速率的3倍，故氫氣的反應速率為：2×0.075mol/（L•min）=0.15mol/（L•min），若某溫度下反應①中H₂的平衡轉化率（a）與體系總壓強（P）的關系如圖二所示，則平衡狀態由A變到B時，平衡常數隨溫度變化，不隨壓強變化．則平衡常數K_（A）=K_（B）；
故答案為：0.15mol/（L•min）；=；
（4）H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g），反應是氣體體積不變的吸熱反應，
A．反應前后氣體體積不變，容器中總壓強不變，不能說明反應達到平衡狀態，故A錯誤；
B．反應前后氣體質量不變，物質的量不變，混臺氣體的平均摩爾質量始終不變，不能說明反應達到平衡狀態，故B錯誤；
C．反應前后氣體質量體積不變，混合氣體的密度不變，不能說明反應達到平衡狀態，故C錯誤；
D．CO₂（g）或CO（g）的濃度不變是平衡標志，能說明反應達到平衡狀態，故D正確；
故選D．

點評 本題考查了化學平衡影響因素，平衡常數計算分析判斷，電解質溶液中電荷守恒分析，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．