Question

8．甲醇是一种可再生的清洁能源，一定条件下用CO和H₂合成CH₃OH：CO（g）+2H₂ （g）?CH₃OH（g）△H=a kJ•mol^-1．向体积为2L的密闭容器中充入2mol CO和4mol H₂，测得不同温度下容器内气体总物质的量随时间（min）的变化关系如图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线所示：
（1）能判断反应达到化学平衡状态的是BE（填字母）．
A．c（CO）与c（H₂）的比值保持不变
B．容器中气体压强保持不变
C．容器中气体密度保持不变
D．单位时间内有1molCO消耗的同时有1mol CH₃OH生成
E．v_正（H₂）=2v_逆（CH₃OH）
（2）①Ⅱ和Ⅰ相比，Ⅱ改变的反应条件是使用催化剂．
②反应Ⅲ在9min时达到平衡，比较反应Ⅰ的温度（T₁）和反应Ⅲ的温度（T₃）的高低：T₁＞T₃（填“＞”“＜”“=”），此正反应是放热反应（填“放热或吸热”）．
（3）①反应Ⅰ在6min时达到平衡，从反应开始到达到平衡时v （CH₃OH）=0.125mol/（L•min）．
②反应Ⅱ在2min时达到平衡，计算该温度下的平衡常数K=12．在体积和温度不变的条件下，在上述反应达到平衡Ⅱ时，再往容器中加入1mol CO和3mol CH₃OH后，平衡将向不移动（填“正反应、逆反应和不移动”），原因是因为平衡Ⅱ后，加入1molCO、3molCH₃OH，
此时$Q=\frac{{\frac{4.5mol}{2L}}}{{\frac{1.5mol}{2L}×{{（\frac{1mol}{2L}）}^2}}}=12=K$，所以平衡不移动．

Answer 1

分析 （1）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（2）①Ⅱ和Ⅰ相比反应速率加快，不影响平衡移动，正反应为气体物质的量减小的反应，应是使用催化剂；
②反应Ⅲ达平衡时所用的时间比反应Ⅰ达平衡时所用的时间长，化学反应速率慢，根据温度变化结合平衡移动、气体的总物质的量变化来回答；
（3）根据v=$\frac{△c}{△t}$来计算反应速率，根据三行式计算平衡常数结合K和Qc的关系来回答．

解答 解：（1）A．c（CO）与c（H₂）的比值保持不变未说明正逆反应方向，不能说明反应到达平衡，故错误；
B．随反应进行混合气体物质的量减小，恒温恒容下压强减小，容器中压强保持不变说明到达平衡，故正确；
C．混合气体总质量不变，恒温恒容下，容器内气体密度始终保持不变，不能说明反应到达平衡，故错误；
D．单位时间内有1molCO消耗的同时有1mol CH₃OH生成未说明正逆反应方向，不能说明反应到达平衡，故错误；
E．v_正（H₂）=2v_逆（CH₃OH）说明正逆反应方向速率相等，能说明反应到达平衡，故正确；
故选BE．
（2）①Ⅱ和Ⅰ相比反应速率加快，不影响平衡移动，正反应为气体物质的量减小的反应，应是使用催化剂，
故答案为：使用催化剂；
②反应Ⅲ达平衡时所用的时间比反应Ⅰ达平衡时所用的时间长，化学反应速率慢，所以温度较低，即T₁＞T₃，升高温度，气体的总物质的量增加，所以逆向移动，所以反应是放热的，故答案为：＞； 放热；
（3）①反应Ⅰ在6min时达到平衡，从反应开始到达到平衡时v （CH₃OH）=mol/（L•min）．
               CO（g）+2H₂ （g）?CH₃OH（g）△H=a kJ•mol^-1
初始量   2mol            4mol            0                
变化量  x                  2x                 x
平衡量  2-x            4-2x                  x
则2-x+4-2x+x=3，解得x=1.5，所以v （CH₃OH）=$\frac{1.5}{2×6}$mol/（L•min）=0.125 mol/（L．min）；
故答案为：0.125；
②Ⅱ、Ⅰ温度相同，平衡常数相同，平衡常数K（Ⅱ）=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{1.5}{2}}{\frac{0.5}{2}×（\frac{1}{2}）^{2}}$=12，
此时浓度商Qc=$\frac{\frac{1.5+3}{2}}{\frac{1+0.5}{2}×0．{5}^{2}}$=12=K，则平衡不移动，
故答案为：12；不移动； 因为平衡Ⅱ后，加入1molCO、3molCH₃OH，此时$Q=\frac{{\frac{4.5mol}{2L}}}{{\frac{1.5mol}{2L}×{{（\frac{1mol}{2L}）}^2}}}=12=K$，所以平衡不移动．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡图象、反应速率与平衡常数等，理解掌握化学平衡常数应用，难度中等．