Question

4．已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
現有溫度、容積相同的4個密閉容器，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如表：

容器	1	2	3	4
反應物投入量 （始態）	1mol CO2 3mol H2	1mol CH3OH 1mol H2O	2mol CH3OH 2mol H2O	0.8mol CO2 2.4mol H2 0.2mol CH3OH 0.2mol H2O
CH3OH的平衡濃度/mol•L-1	c1	c2	c3	c4
反應的能量變化	放出 x kJ	吸收y kJ	吸收z kJ	放出 w kJ
體系壓強/Pa	p1	p2	p3	p4
反應物轉化率	a1	a2	a3	a4

則下列說法中正確的是ACD．
A．2c₂＜c₃  2y＞z     B． p₁=p₂ x=y
C．（a₁+a₃）＜1       D．若x=24.5kJ，則w=14.7kJ．

Answer 1

分析 1容器反應物投入1mol CO₂、3mol H₂，2容器反應物投入量1mol CH₃OH、1mol H₂O，4容器反應物的投入量0.8mol CO₂、2.4mol H₂、0.2mol CH₃OH、0.2mol H₂O，恒溫恒容，則1容器、2容器與4容器是等效平衡；
2容器反應物投入量1mol CH₃OH、1mol H₂O，3容器反應物投入量2mol CH₃OH、2mol H₂O，是2中的二倍，可以看作在恒溫且容積是2容器兩倍條件下，到達平衡后，再壓縮體積為與2容器體積相等所到達的平衡；據此分析平衡移動．

解答 解：1容器反應物投入1mol CO₂、3mol H₂，2容器反應物投入量1mol CH₃OH、1mol H₂O，4容器反應物的投入量0.8mol CO₂、2.4mol H₂、0.2mol CH₃OH、0.2mol H₂O，恒溫恒容，則1容器、2容器與4容器是等效平衡，則各組分的物質的量、含量、轉化率等完全相等，
2容器反應物投入量1mol CH₃OH、1mol H₂O，3容器反應物投入量2mol CH₃OH、2mol H₂O，是2中的二倍，可以看作在恒溫且容積是2容器兩倍條件下，到達平衡后，再壓縮體積為與2容器體積相等所到達的平衡，由于該反應是體積減小的反應，縮小容器體積，增大了壓強，平衡向著正向移動，
A、2、3的反應為CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ•mol^-1，3是2投入量的兩倍，若平衡不移動，2c₂=c₃，2y=z，恒溫、恒容，則3是對2平衡狀態兩倍的基礎上增大壓強，對該反應，增大壓強，平衡逆向移動，則3平衡時CH3OH的平衡濃度大于2的兩倍，2c₂＜c₃；該反應吸熱反應，2/3是從逆反應開始，吸收熱量，3的對于2的平衡向著放熱方向移動，則2y＞z，A正確；
B、1、2換算為同種物質表示，投入量相等，屬于等效平衡，則平衡時的狀態一樣：即各物質的濃度相等，p₁=p₂；根據蓋斯定律可知，1與2的反應的能量變化之和為49.0kJ，故x+y=49.0，B錯誤；
C、3反應物投入量2mol CH₃OH、2mol H₂O，是2的二倍，若平衡不移動，轉化率α₁+α₃=1，由于3中相當于增大壓強，平衡向著正向移動，反應物的轉化率減小，所以轉化率α₁+α₃＜1，C正確；
D、設1中反應CO₂a mol，則平衡時為CO₂（1-a），放出的熱量x=49a，由題x=24.5，則a=$\frac{24.5}{49}$；4中0.8mol CO₂、2.4mol H₂、0.2mol CH₃OH、0.2mol H₂O用極限轉移法與1屬于等效平衡，則平衡狀態一樣，CO₂也為（1-a），參與反應的 CO₂也為0.8-（1-a）=a-0.2，放出的熱量w=（a-0.2）×49，帶入a的值，解得w=14.7，D正確．
故答案為：ACD．

點評 本題考查化學平衡影響因素、等效平衡、化學平衡的計算，題目計算量較大，題目難度較大，關鍵是構建平衡建立的等效途徑，試題側重對學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力的培養．