Question

14．開發利用清潔能源具有廣闊的開發和應用前景，可減少污染解決霧霾問題．甲醇是一種可再生的清潔能源，一定條件下用CO和H₂合成CH₃OH：CO（g）+2H₂ （g）?CH₃OH（g）△H=-105kJ•mol^-1．向體積為2L的密閉容器中充入2mol CO和4mol H₂，測得不同溫度下容器內的壓強（P：kPa）隨時間（min）的變化關系如下左圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲線所示：
①Ⅱ和Ⅰ相比，改變的反應條件是Ⅱ中使用催化劑．
②反應Ⅰ在6min時達到平衡，在此條件下從反應開始到達到平衡時v （CH₃OH）=0.125 mol/（L．min）．
③反應Ⅱ在2min時達到平衡，平衡常數K（Ⅱ）=12．在體積和溫度不變的條件下，在上述反應達到平衡Ⅱ時，再往容器中加入1mol CO和3mol CH₃OH后v（正）= v （逆）．（填“＞”“＜”“=”），原因是：濃度商Qc=$\frac{\frac{1.5+3}{2}}{\frac{1+0.5}{2}×0．{5}^{2}}$=12=K，可逆反應處于平衡狀態．
④比較反應Ⅰ的溫度（T₁）和反應Ⅲ的溫度（T₃）的高低：T₁＞T₃（填“＞”“＜”“=”），判斷的理由是此反應為放熱反應，降低溫度，反應速率減慢，平衡向正反應方向移動．

Answer 1

分析 ①Ⅱ和Ⅰ相比反應速率加快，不影響平衡移動，正反應為氣體物質的量減小的反應，應是使用催化劑；
②恒溫恒容下，壓強之比等于氣體物質的量之比，故平衡時混合氣體總物質的量為（2+4）mol×$\frac{1.0aKPa}{2.0aKPa}$=3mol，則：
           CO（g）+2H₂ （g）?CH₃OH（g）物質的量減小△n=2
起始量（mol）：2      4          0 
變化量（mol）：1.5    3          1.5          6-3=3
平衡量（mol）：0.5    1          1.5
再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CH₃OH）；
③Ⅱ、Ⅰ溫度相同，平衡常數相同，根據K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算平衡常數；
計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態，若Qc＜K，反應向正反應進行，若Qc＞K，反應向逆反應進行；
④反應Ⅲ達平衡時所用的時間比反應Ⅰ達平衡時所用的時間長，化學反應速率快，且Ⅲ平衡時壓強比I小，與I相比平衡正向移動，正反應為氣體體積減小放熱反應，應降低溫度．

解答 解：①Ⅱ和Ⅰ相比反應速率加快，不影響平衡移動，正反應為氣體物質的量減小的反應，應是使用催化劑，
故答案為：Ⅱ中使用催化劑；
②恒溫恒容下，壓強之比等于氣體物質的量之比，故平衡時混合氣體總物質的量為（2+4）mol×$\frac{1.0aKPa}{2.0aKPa}$=3mol，則：
            CO（g）+2H₂ （g）?CH₃OH（g）物質的量減小△n=2
起始量（mol）：2       4           0
變化量（mol）：1.5     3                     1.5 6-3=3
平衡量（mol）：0.5     1           1.5
則v（CH₃OH）=$\frac{\frac{1.5mol}{2L}}{6min}$=0.125 mol/（L．min），
故答案為：0.125 mol/（L．min）；
③Ⅱ、Ⅰ溫度相同，平衡常數相同，平衡常數K（Ⅱ）=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{1.5}{2}}{\frac{0.5}{2}×（\frac{1}{2}）^{2}}$=12，
此時濃度商Qc=$\frac{\frac{1.5+3}{2}}{\frac{1+0.5}{2}×0．{5}^{2}}$=12=K，處于平衡狀態，則v（正）=v （逆），
故答案為：12；=，濃度商Qc=$\frac{\frac{1.5+3}{2}}{\frac{1+0.5}{2}×0．{5}^{2}}$=12=K，可逆反應處于平衡狀態；
④反應Ⅲ達平衡時所用的時間比反應Ⅰ達平衡時所用的時間長，化學反應速率快，且Ⅲ平衡時壓強比I小，與I相比平衡正向移動，正反應為氣體體積減小放熱反應，應降低溫度，故溫度T₁溫度更高，
故答案為：＞；此反應為放熱反應，降低溫度，反應速率減慢，平衡向正反應方向移動．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、化學平衡圖象、反應速率與平衡常數等，理解掌握化學平衡常數應用，難度中等．