Question

1．在一定體積的密閉容器中，通入一定量的CO₂和H₂，在兩種溫度下發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），測得CH₃OH的物質的量隨時間的變化如圖1．
（1）曲線Ⅰ、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為K₁＞K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）一定溫度下，在容積均為1L，且固定的兩個密閉容器中，按如下方式加入反應物，一段時間后達到平衡．

容器	甲	乙
反應物投入量	1molCO2，3mol H2	2mol CO2，6mol H2

若甲中平衡后氣體的壓強為開始的0.8倍，則：
①平衡后乙中的壓強（p_乙）和甲中的壓強（p_甲）關系為c
a．P_乙=2p_甲     b．P_乙＞2P_甲  c．P_乙＜2p_甲   d無法確定
②平衡后乙中CH₃OH（g）的濃度為b
a．等于0.8mol•L^-1   b．大于0.8mol•L^-1  c．小于0.8mol•L^-1  d．無法確定
（3）一定溫度下，此反應若在恒壓容器中進行，能判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是bd；
a．容器中壓強不變  b．H₂的體積分數不變  c．c（H₂）=3c（CH₃OH） 
d．容器中密度不變 e.2個C=O斷裂的同時有3個H-H斷裂
（4）若將反應物CO₂改為CO，也能合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃（OH）（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
如圖2是在容積為1L的恒容容器中，在230℃、250℃和270℃三種溫度下，H₂和CO的起始組成比（起始時CO的物質的量均為1mol）與CO的平衡轉化率的關系圖．反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學平衡常數的表達式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$；曲線Z對應的溫度是270℃；若增大H₂的用量，該反應的熱效應最大值為略小于90.8kJ．

Answer 1

分析 （1）II平衡時間小于I，說明II反應速率大于I，且平衡時II中CH₃OH的物質的量小于I，說明平衡向逆反應方向移動，則只能是升高溫度，溫度越高，化學平衡常數越小；
（2）①該反應為氣體體積減小的反應，體積相同，乙中各反應物的起始物質的量是甲的2倍，壓強乙大于甲，據此判斷；
②根據甲中平衡后氣體的壓強為開始的0.8倍，可計算得甲中平衡時CH₃OH（g）的濃度，乙中CH₃OH（g）的濃度大于甲中兩倍，據此判斷；
（3）根據正逆反應速率相等，組成成分不變，以及反應前后氣體體積變化的可逆反應中的壓強等判斷反應是否平衡；
（4）化學平衡常數等于生成物濃度的系數次冪之積除以反應物濃度的系數次冪之積，該反應是放熱反應，根據溫度對平衡的影響判斷曲線；可逆反應不能完全正向進行，據此判斷反應熱．

解答 解：（1）II平衡時間小于I，說明II反應速率大于I，且平衡時II中CH₃OH的物質的量小于I，說明平衡向逆反應方向移動，則只能是升高溫度，即II的溫度大于I，溫度越高，平衡向逆反應方向移動，導致化學平衡常數越小，所以K_Ⅰ＞K_Ⅱ，
故答案為：＞；
（2）①該反應為氣體體積減小的反應，體積相同，乙中各反應物的起始物質的量是甲的2倍，壓強乙大于甲，所以反應乙正向進行的程度大于反應甲，所以P_乙＜2p_甲，
故選c；
②在甲容器中，
　　　      CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
起始（mol）　1　　　　3　　　　0　　　　　0
轉化（mol）　x        3x        x          x　
平衡（mol） 1-x      3-3x      x           x 
 根據甲中平衡后氣體的壓強為開始的0.8倍，可得 1-x+3-3x+x+x=0.8×（3+1），x=0.4，所以CH₃OH的物質的量為0.4mol，乙中的壓強大于甲，平衡向正反應方向移動，且乙的起始物質的量是甲的兩倍，所以乙中CH₃OH（g）的濃度大于甲中兩倍，
故選b；
（3）a．此反應若在恒壓容器中進行，所以當容器中壓強不變時，所以不能說明反應處于平衡狀態；
b．H₂的體積分數不變時，反應處于平衡狀態；
c．c（H₂）=3c（CH₃OH），未說明是正反應還是逆反應，所以不能說明反應處于平衡狀態；
d．此反應若在恒壓容器中進行，反應前后容器體積發生變化，氣體質量不變，所以容器中密度不變時，說明反應處于平衡狀態；
e.2個C=O斷裂的同時有3個H-H斷裂，都是指的正反應速率，所以不能說明反應處于平衡狀態；
故選bd；
根據正逆反應速率相等，組成成分不變，以及反應前后氣體體積變化的可逆反應中的壓強等判斷反應是否平衡；
（4）化學平衡常數等于生成物濃度的系數次冪之積除以反應物濃度的系數次冪之積，根據CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可得K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$，該反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，CO的轉化率下降，Z線對應的CO的轉化率最低，所以對應的溫度為270℃，可逆反應不能完全正向進行，所以1molCO反應放出的熱量最多為90.8kJ，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$；270℃；90.8．

點評 本題綜合性考查了影響平衡移動的因素、平衡常數的表達式及平衡狀態的判斷等，側重于對基礎知識的綜合應用的考查，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力和解決問題的能力．