Question

工业上在合成塔中采用下列反应合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=Q kJ/mol
（1）判断该可逆反应达到平衡状态的标志是（填字母序号）

 

．
a、生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等    b、混合气体的密度不变
c、CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化    d、混合气体的平均相对分子质量不变
（2）下表所列数据是该可逆反应在不同温度下的化学平衡常数（K）

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中数据判断Q

 

0（填“＞”、“＜”或“=”），该反应在

 

（填“较高”或“较低”）温度下有利于自发进行．
②某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡测得c（CO）=0.2mol/L，此时对应的温度为_

 

；CO的转化率为

 

．
（3）请在图中画出压强不同，平衡时甲醇的体积分数（φ）随温度（T）变化的两条曲线（在曲线上标出P₁、P₂、，且p₁＜P₂）
（4）要提高CO的转化率且提高反应速率，可以采取的措施是

 

（填字母序号）．
a、升温  b、加入催化剂  c、增加CO的浓度 d、通入H₂加压  e、通人惰性气体加压    f．、分离出甲醇
（5）已知一定条件下，CO与H₂在催化剂的作用下生成5molCH₃OH时，能量的变化为454kJ．在该条件下，向容积相同的3个密闭容器中，按照甲、乙、丙三种不同的投料方式加人反应物，测得反应达到平衡时的有关数据如下：

容器		甲	乙	丙
反应物投入量		1molCO 2molH2	1molCH3OH	2molCH3OH
平衡 时数 据	CH3OH的浓度（mol?L-1）	c1	c2	c3
	反应吸收或放出的能量（KJ）	a	b	c
	体系压强（Pa）	P1	P2	P3
	反应物转化率	α1	α2	α3

下列说法正确的是

 

（填字母序号）．
A、2c₁＞c₃   B、a+b＜90.8    C、2P₂＜P₃      D、α₁+α₃＜1．

Answer 1

考点：等效平衡,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：化学平衡专题

分析：（1）化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断，得出正确结论；
（2）①依据平衡常数随温度变化分析，结合平衡移动原理分析热量变化；
②依据化学平衡的三段式列式计算，依据转化率概念计算得到；根据浓度计算出平衡常数，再判断温度；
（3）增大压强，平衡正向移动；甲醇的体积分数（φ）增大；升高温度，平衡逆向移动，甲醇的体积分数（φ）减小，依此作图；
（4）a．升温，反应速率加快，平衡逆向移动，CO的转化率减小；
b．加入催化剂，反应速率加快，平衡不移动，CO的转化率不变；
c．增加CO的浓度，反应速率加快，平衡正向移动，但CO的转化率减小；
d．通入H₂加压，反应速率加快，平衡正向移动，CO的转化率增大；
e．通人惰性气体加压，反应速率不变，平衡不移动，CO的转化率不变；
f．分离出甲醇，反应速率减慢，平衡正向移动，CO的转化率增大；
（5）A．甲、丙相比较，把甲等效为开始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物质的量为甲的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动；
B．由题目可知生成1molCH₃OH的能量变化为

454

5

=90.8kJ，甲、乙平衡状态相同，令平衡时甲醇为nmol，计算反应热数值，据此判断；
C．比较乙、丙可知，丙中甲醇的物质的量为乙的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动；
D．甲、乙处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，据此判断．

解答： 解：（1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
a．生成CH₃OH是正反应，消耗CO也是正反应，故a错误；
b．密度=

总质量

体积

，总质量一定，体积一定，故混合气体的密度不变不能说明反应达平衡状态，故b错误；
c．达到化学平衡状态时，各物质的浓度不再发生变化，故CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化能说明反应达平衡状态，故c正确；
d．平均相对分子质量=

总质量

总物质的量

，总质量一定，总物质的量会变，故混合气体的平均相对分子质量不变能说明反应达平衡状态，故d正确；
故答案为：cd；
（2）①依据图表数据可知，随温度升高，平衡常数减小，说明平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向放热反应，故Q＜0；
故答案为：＜；
△G=△H-T△S，△H＜0，△S＜0，故低温有利于自发进行，
故答案为：＜；低温；
②c（CO）=0.2mol/L，物质的量为0.4mol；
             CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始量（mol） 2        6          0
变化量（mol） 1.6     3.2        1.6
平衡量（mol） 0.4     2.8        1.6
c（CO）=

0.4

2

=0.2mol/L，c（H₂）=

2.8

2

=1.4mol/L，c（CH₃OH ）=

1.6

2

=0.8mol/L，
此时的平衡常数为：K=

1.6

0.2×1.4×1.4

≈2.041，所以温度为250℃，
CO的转化率=

1.6

2

×100%=80%，
故答案为：250℃；80%； 
（3）增大压强，平衡正向移动；甲醇的体积分数（φ）增大；升高温度，平衡逆向移动，甲醇的体积分数（φ）减小，
故答案为：；
（4）a．升温，反应速率加快，平衡逆向移动，CO的转化率减小，故a错误；
b．加入催化剂，反应速率加快，平衡不移动，CO的转化率不变，故b错误；
c．增加CO的浓度，反应速率加快，平衡正向移动，但CO的转化率减小，故c错误；
d．通入H₂加压，反应速率加快，平衡正向移动，CO的转化率增大，故d正确；
e．通人惰性气体加压，反应速率不变，平衡不移动，CO的转化率不变，故e错误；
f．分离出甲醇，反应速率减慢，平衡正向移动，CO的转化率增大，故f错误；
故答案为：d；
（5）A．甲、丙相比较，把甲等效为开始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物质的量为甲的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动，故2c₁＜c₃，故A错误；
B．由题目可知生成1molCH₃OH的能量变化为

454

5

=90.8kJ，甲、乙平衡状态相同，令平衡时甲醇为nmol，对于甲容器，a=90.8n，等于乙容器b=90.8（1-n），故a+b=90.8，故B错误；
C．比较乙、丙可知，丙中甲醇的物质的量为乙的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动，故2p₂＞p₃，故C错误；
D．甲、乙处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正确，
故答案为：D．

点评：本题考查平衡状态的判断、化学平衡的计算、平衡常数的计算等，综合性较强，难度中等，题量超大．