Question

13．（Ⅰ）甲醇是一種新型的汽車動力燃料，工業(yè)上可通過CO和H₂化合來制備甲醇． 某化學研究性學習小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應（△H＜0），在容積固定為2L的密閉容器內充入1molCO和 2molH₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計）后在250°C開始反應，并用壓力計監(jiān)測容器內壓強的變化如下：

反應時間/min	0	5	10	15	20	25
壓強/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

（1）從反應開始到20min時，以CO表示的平均反應速率=0.0125mol/（L•min），
（2）該溫度下平衡常數K=4（mol/L）^-2，，若升高溫度則K值減小（填“增大”、“減小”或“不變”）；
（3）下列描述中能說明上述反應已達平衡的是BC；
A．2v （H₂）_正=v （CH₃OH）_逆
B．容器內氣體的平均摩爾質量保持不變
C．容器中氣體的壓強保持不變
D．單位時間內生成 n molCO 的同時生成 2n molH₂
（Ⅱ）在450℃并有催化劑存在下，于一容積恒定的密閉容器內進行下列反應：

2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ•mol^-1
（1）該反應500℃時的平衡常數＜450℃時的平衡常數（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）450℃時，在一2L密閉容器中，將二氧化硫和氧化混合，反應過程中SO₂、O₂、SO₃物質的量變化如圖，反應處于平衡狀態(tài)的時間是15～20 min和25～30 min．
（3）據圖判斷，反應進行至20min時，曲線發(fā)生變化的原因是增大O₂濃度（通入O₂）；（用文字表達），10min到15min的曲線變化的原因可能是AB（填字母）．
A．加了催化劑  B．縮小容器體積   C．降低溫度   D．增加SO₃物質的量
（4）欲提高SO₂的轉化率，下列措施可行的是b．（填字母）
a．向裝置中再充入N₂        b．向裝置中再充入O₂
c．改變反應的催化劑        d．升高溫度．

Answer 1

分析 （I）由表中數據可知，20min反應到達平衡，恒溫恒容下，壓強之比等于物質的量之比，則平衡時混合氣體總物質的量為（1+2）mol×$\frac{8.4mol}{12.6mol}$=2mol，則：
           CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 物質的量減小△n=2
起始量（mol）：1      2         0
變化量（mol）：0.5    1         0.5          3-2=1
平衡量（mol）：0.5    1         0.5
（1）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO）；
（2）根據K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算平衡常數；正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數減小；
（3）可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
（Ⅱ）（1）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）可逆反應得到平衡時，反應各組分的物質的量不變；
（3）由圖可知，20min時平衡向正反應移動，瞬間只有氧氣的濃度增大；
反應向正反應進行，10min到15min反應混合物單位時間內的變化量增大，說明反應速率增大，10min改變瞬間，各物質的物質的量不變；
（4）提高二氧化硫轉化率，改變條件使平衡正向進行，但不能只增大二氧化硫的濃度．

解答 解：（I）由表中數據可知，20min反應到達平衡，恒溫恒容下，壓強之比等于物質的量之比，則平衡時混合氣體總物質的量為（1+2）mol×$\frac{8.4mol}{12.6mol}$=2mol，則：
           CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 物質的量減小△n=2
起始量（mol）：1       2        0
變化量（mol）：0.5     1        0.5           3-2=1
平衡量（mol）：0.5     1        0.5
（1）從反應開始到20min時，以CO表示的平均反應速率v（CO）=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{20min}$=0.0125mol/（L•min），
故答案為：0.0125mol/（L•min）；
（2）該溫度下平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{\frac{0.5mol}{2L}×（\frac{1mol}{2L}）^{2}}$=4（mol/L）^-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：4（mol/L）^-2；減小；
（3）A．應是v （H₂）_正=2v （CH₃OH）_逆時，可逆反應到達平衡，故A錯誤；
B．混合氣體總質量不變，隨反應進行混合氣體總物質的量進行，容器內氣體的平均摩爾質量減小，當平均摩爾質量保持不變時，說明反應到達平衡，故B正確；
C．隨反應進行混合氣體物質的量減小，恒溫恒容下容器內壓強減小，當容器中氣體的壓強保持不變，說明可逆反應到達平衡，故C正確；
D．單位時間內生成 n molCO 的同時生成 2n molH₂，均表示逆反應速率，反應始終按該比例關系進行，故D錯誤，
故選：BC；
（Ⅱ）（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ•mol^-1，正反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，平衡常數減小，所以該反應500℃時的平衡常數小于該反應400℃時的平衡常數，故答案為：＜；
（2）反應混合物各物質的物質的量不變化，說明反應處于平衡狀態(tài)，由圖可知在15-20min和25～30 min出現平臺，各組分的物質的量不變，反應處于平衡狀態(tài)，故答案為：15-20min和25～30 min；
（3）由圖可知，反應進行至20min時，平衡向正反應移動，瞬間只有氧氣的濃度增大，應是增大O₂濃度（通入O₂）；
由圖可知，反應向正反應進行，10min到15min反應混合物單位時間內的變化量增大，說明反應速率增大，10min改變瞬間，各物質的物質的量不變，
A．加了催化劑，增大反應速率，故A正確；
B．縮小容器體積，增大壓強，增大反應速率，故B正確；
C．降低溫度反應速率降低，故C錯誤；
D．10min改變瞬間，各物質的物質的量不變，不是增加SO₃的物質的量，故D錯誤；
故答案為：增大O₂濃度（通入O₂）；AB；
（4）a．向裝置中再充入N₂，恒溫恒容容器，總壓增大，分壓不變，平衡不動，故a不符合；
b．兩種反應物增加一種會提高另一種的轉化率，向裝置中再充入O₂，二氧化硫轉化率增大，故b符合；
c．改變反應的催化劑，改變反應速率但不改變化學平衡，故二氧化硫轉化率不變，故c不符合；
d．反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向進行，二氧化硫轉化率減小，故d不符合；
故答案為：b．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、化學平衡狀態(tài)判斷、反應速率計算與影響因素、平衡常數、化學平衡圖象等，注意判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡．