Question

13．工業上可利用CO或CO₂來生產燃料甲醇．已知甲醇制備的有關化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數如下所示：

化學反應	平衡 常數	溫度/℃
		500	700	800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）	K1	2.5	0.34	0.15
②H2（g）+CO2（g）?H2O（g）+CO（g）	K2	1.0	1.70	2.52
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	K3

請回答下列問題：
（1）反應②是吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應．
（2）據反應①與②可推導出K₁、K₂與K₃之間的關系，則K₃=K₁•K₂（用K₁、K₂表示）．
（3）500℃時測得反應③在某時刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的濃度（mol•L^-1）分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時v_正＞v_逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（4）反應①按照相同的物質的量投料，測得CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖所示．下列說法正確的是CD（填序號）．
A．溫度：T₁＞T₂＞T₃
B．正反應速率：v（a）＞v（c），v（b）＞v（d）
C．平衡常數：K（a）＞K（c），K（b）=K（d）
D．平均摩爾質量：M（a）＞M（c），M（b）＞M（d）

Answer 1

分析 （1）依據反應②的平衡常數隨溫度變化判斷反應能量變化；
（2）平衡常數是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積，結合反應①+②得到反應③，可得平衡常數K₃=K₁×K₂；
（3）計算濃度商和平衡常數比較分析判斷反應進行方向；
（4）依據影響化學反應速率的因素和影響平衡移動的因素及根據平均摩爾質量=$\frac{總質量}{總物質的量}$進行判斷．

解答 解：（1）反應②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的平衡常數隨溫度升高增大，說明平衡正向進行，正反應是吸熱反應；
故答案為：吸熱；
（2）平衡常數是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積，結合反應①+②得到反應③，可得平衡常數K₃=K₁•K₂；
故答案為：K₁•K₂；
（3）500℃時，測得反應③在某時刻，CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的濃度分別為0.1mol•L^-1、0.8mol•L^-1、0.3mol•L^-1、0.15mol•L^-1，Q=$\frac{0.3×0.15}{0．{8}^{3}×0.1}$=0.88＜K=2.5，則此時v正＞v逆；
故答案為：＞；
（4）A．根據反應①中溫度與K的關系，可推斷該反應為放熱反應，升溫，平衡左移，CO的轉化率減小，所以T₃＞T₂＞T₁，A錯誤；
B．反應速率v（c）＞v（a），v（b）＞v（d），B錯誤；
C．溫度越高，平衡常數越小，壓強對平衡常數無影響，所以K（a）＞K（c），K（b）=K（d），C正確；
D．升溫，平衡左移，平均摩爾質量減小，加壓，平衡右移，平均摩爾質量增大，所以M（a）＞M（c），M（b）＞M（d），D正確，
故選CD．

點評 本題考查了化學平衡、反應速率影響因素分析判斷，平衡常數計算應用，掌握反應特征和平衡移動原理是關鍵，題目難度中等．