Question

17．工業上可用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表所示：

化學反應	平衡 常數	溫度/℃
		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

（1）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）．
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“＜”）．
（2）在3L容積可變的密閉容器中發生反應②，已知c（CO）-反應時間t變化曲線Ⅰ如圖所示，若在t₀時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ和曲線Ⅲ．當曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ時，改變的條件是加入催化劑．當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時，改變的條件是將容器的體積（快速）壓縮至2 L．

Answer 1

分析 （1）分析反應特征可知平衡常數K₃=K₁×K₂，計算不同溫度下反應③的平衡常數，結合溫度變化分析判斷反應焓變△H＜0，依據反應①+②得到反應③，所以平衡常數K₃=K₁×K₂；依據某時刻濃度商計算和平衡常數比較判斷反應進行的方向；
（2）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時一氧化碳物質的量增大，反應是氣體體積不變的反應，可變容器中氣體體積和濃度成反比，氣體物質的量不變．

解答 解：（1）反應③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是氣體體積減小的反應△S＜0，依據反應①+②得到反應③，所以平衡常數K₃=K₁×K₂，結合溫度變化分析，隨溫度升高，平衡常數減小，平衡逆向進行，所以判斷反應是放熱反應，焓變△H＜0，在500℃、2L的密閉容器中，進行反應③，測得反應③在某時刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O （g）的濃度（mol/L）分別為0.8、0.1、0.3、0.15，Q=$\frac{0.15×0.3}{0.1×0．{8}^{3}}$=0.87＜K=2.5，反應正向進行，V正＞V逆，
故答案為：K₁•K₂；＞；
（2）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態，體積是可變的，是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；
當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時一氧化碳物質的量增大，反應是氣體體積不變的反應，可變容器中氣體體積和濃度成反比，氣體物質的量不變，曲線Ⅰ，體積為3L，一氧化碳濃度為3mol/L，改變條件當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時，一氧化碳濃度為4.5mol/L，則體積壓縮體積為：3：V=4.5：3，V=2L，所以將容器的體積快速壓縮至2L符合；
故答案為：加入催化劑；將容器的體積快速壓縮至2L．

點評 本題考查了化學平衡影響因素分析判斷，平衡常數計算和影響條件的應用，題目綜合性較大．