Question

20．工業上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應的熱化學方程式為：CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）△H=-116kJ/mol
（1）該反應的化學平衡常數K表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；溫度升高，平衡常數K減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）下列措施中有利于增大該反應的反應速率且提高轉化率的是d（填字母序號）．
a．隨時將CH₃OH與反應混合物分離       
b．降低反應溫度
c．使用高效催化劑                   
d．增大體系壓強
（3）一定條件下，將1 mol CO與3 mol H₂的混合氣體在催化劑作用下發生反應生成甲醇，平衡后將容器的容積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，其他條件不變，對平衡體系產生的影響是cd（填字母序號）．
a．c （ H₂ ）減少                
b．正反應速率加快，逆反應速率減慢
c．CH₃OH 的物質的量增加        
d．重新平衡$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$減小
（4）一定溫度下，向1L密閉容器中加入1molCH₃OH（g）使其分解，測得氣體CO的物質的量隨時間的變化如圖1所示．則0～2min內的平均反應速率v（H₂）=0.1mol/（L．min）．
（5）在密閉容器中充有1mol CO與2 mol H₂，在催化劑作用下反應生成甲醇，CO的轉化率（α）與溫度（T）、壓強（P）的關系如圖2所示．
①若A、C兩點分別表示達到的平衡狀態．則自反應開始達到平衡狀態所需要的時間t_A大于t_C（填“大于”、“小于”或“等于”）
②若A點時容器的體積為1L，該溫度下A點的平衡常數K=1 L²•mol^-2．

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出；
正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數減小；
（2）升高溫度、增大物質濃度、增大壓強、使用催化劑等可以加快反應速率，要提高轉化率，應使平衡正向移動；
（3）a．體積壓縮，平衡時各組分的濃度均增大；
b．體積壓縮，壓強增大，正逆反應速率都增大；
c．體積壓縮，壓強增大，平衡正向移動；
d．體積壓縮，壓強增大，平衡正向移動，氫氣物質的量減小，甲醇物質的量增大；
（4）2min到達平衡，生成CO為0.1mol，根據方程式可知生成氫氣為0.2mol，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂）；
（5）①溫度越高，反應速率越快，到達平衡時間越短；
②A點時容器的體積為1L，CO轉化率為0.5，消耗CO為0.5mol，則：
                CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始濃度（mol/L）：1        2          0
變化濃度（mol/L）：0.5      1          0.5
平衡濃度（mol/L）：0.5     1          0.5
再根據K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算平衡常數．

解答 解：（1）CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）的化學平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數減小；
故答案為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；減小；
（2）a．隨時將CH₃OH與反應混合物分離，平衡正向移動，轉化率增大，但反應速率減慢，故a錯誤；
b．降低反應溫度，平衡正向移動，轉化率增大，但反應速率減慢，故b錯誤；
c．使用高效催化劑，加快反應速率，但不影響平衡移動，轉化率不變，故c錯誤；
d．增大體系壓強，反應速率加快，正反應為氣體體積減小的反應，平衡正向移動，轉化率增大，故d正確，
故選：d；
（3）a．體積壓縮，壓強增大，平衡正向移動，平衡常數不變，則平衡時各組分的濃度均增大，故a錯誤；
b．體積壓縮，壓強增大，正逆反應速率都增大，平衡正向移動，正反應速率增大更多，故b錯誤；
c．體積壓縮，壓強增大，平衡正向移動，CH₃OH 的物質的量增加，故c正確；
d．體積壓縮，壓強增大，平衡正向移動，氫氣物質的量減小，甲醇物質的量增大，重新平衡$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$減小
，故d正確，
故選：cd；
（4）2min到達平衡，生成CO為0.1mol，根據方程式可知生成氫氣為0.2mol，則v（H₂）=$\frac{\frac{0.2mol}{1L}}{2min}$=0.1mol/（L．min），
故答案為：0.1mol/（L．min）；
（5）①溫度A＜C，溫度越高，反應速率越快，到達平衡時間越短，到平衡狀態所需要的時間t_A＞t_C，
故答案為：大于；
②A點時容器的體積為1L，CO轉化率為0.5，消耗CO為0.5mol，則：
                CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始濃度（mol/L）：1        2          0
變化濃度（mol/L）：0.5      1         0.5
平衡濃度（mol/L）：0.5     1         0.5
故平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5mol/L}{0.5mol/L×（1mol/L）^{2}}$=1 L²•mol^-2，
故答案為：1 L²•mol^-2．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡常數、化學反應速率計算及影響因素、化學平衡圖象等，理解掌握平衡移動原理．