Question

10．某温度，将2molCO与5molH₂的混合气体充入容积为2L的密闭容器中，在催化剂的作用下发生反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．经过5min后，反应达到平衡，此时转移电子6mol．
（1）该反应的平衡常数为3，v（CH₃OH）=0.15mol•min^-1．若保持体积不变，再充入2molCO和1.5molCH₃OH，此时v正＞v负（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）在其它条件不变的情况下，再增加2molCO与5molH₂，达到新平衡时，CO的转化率增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）下列不能说明该反应已达到平衡状态的是cd．
   a．CH₃OH的质量不变        b．混合气体的平均相对分子质量不再改变
   c．v_逆（CO）=2v_正（H₂）  d．混合气体的密度不再发生改变 
（4）在一定压强下，容积为VL的容器充入amolCO与2amolH₂，在催化剂作用下反应生成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示．则P₁小于P₂（填“大于”、“小于”或“等于”，下同）．
△H＜0，该反应在低温（填“高温”或“低温”）下能自发进行．
（5）能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是c．
a．及时分离除CH₃OH气体     
b．适当升高温度 
c．增大H₂的浓度            
d．选择高效催化剂．

Answer 1

分析 （1）某温度，将2molCO与5molH₂的混合气体充入容积为2L的密闭容器中，经过5min后，反应达到平衡，依据化学方程式可知转移电子4mol消耗CO物质的量为1mol，则此时转移电子6mol，消耗CO物质的量=$\frac{6mol}{4mol}$×1mol=1.5mol，结合化学平衡三段式列式计算
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 2       5         0
变化量（mol） 1.5     3          1.5
平衡量（mol）0.5      2         1.5
平衡浓度c（CO）=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L，c（H₂）=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{1.5mol}{2L}$0.75mol/L
平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
甲醇表示的反应速率v（CH₃OH）=$\frac{△c}{△t}$
若保持体积不变，再充入2molCO和1.5molCH₃OH，计算此时浓度商Qc和平衡常数大小比较判断平衡的进行方向；
（2）在其它条件不变的情况下，再增加2molCO与5molH₂，相当于增大压强，平衡正向进行；
（3）反应是气体体积减小的放热反应，反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，分析选项中变量不变说明反应达到平衡状态，否则不能达到平衡；
（4）相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大，反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，满足此关系，分析反应的焓变和熵变大小分析判断；
（5）根据化学反应速率和化学平衡的影响因素进行判断，
A．及时分离除CH₃OH，减少生成物浓度速率减小，平衡正向进行；
B．升高温度，平衡逆向移动，故速率增大；
C．增大H₂的浓度，反应物浓度增大化学反应速率加快，平衡正向移动；
D．催化剂改变化学反应速率，平衡不移动．

解答 解：（1）某温度，将2molCO与5molH₂的混合气体充入容积为2L的密闭容器中，经过5min后，反应达到平衡，依据化学方程式可知转移电子4mol消耗CO物质的量为1mol，则此时转移电子6mol，消耗CO物质的量=$\frac{6mol}{4mol}$×1mol=1.5mol，
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 2       5         0
变化量（mol） 1.5     3          1.5
平衡量（mol）0.5      2         1.5
平衡浓度c（CO）=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L，c（H₂）=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{1.5mol}{2L}$0.75mol/L
平衡常数K=$\frac{0.75}{0.25×{1}^{2}}$=3；
甲醇表示的反应速率v（CH₃OH）=$\frac{\frac{1.5mol}{2L}}{5min}$=0.15mol/（L•min），
若保持体积不变，再充入2molCO和1.5molCH₃OH，计算此时浓度商Qc=$\frac{\frac{（1.5+1.5）mol}{2L}}{\frac{（0.5+2）mol}{2L}×（1mol/L）^{2}}$=1.2＜3
说明平衡正向进行，此时v正＞v负；
故答案为：3；0.15；＞；
（2）在其它条件不变的情况下，再增加2molCO与5molH₂，相当于增大压强，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反应是气体体积减小的反应，平衡正向进行，一氧化碳的转化率增大；
故答案为：增大；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反应是气体体积减小的放热反应，反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，分析选项中变量不变说明反应达到平衡状态；
a．CH₃OH的质量不变，物质的量不变，说明反应达到平衡状态，故a不符合；     
b．反应前后气体质量不变，反应前后气体物质的量变化，当混合气体的平均相对分子质量不再改变，说明反应达到平衡状态，故b不符合；
c．反应速率之比等于化学方程式计量数之比，属于正反应速率之比，2v_正（CO）=v_正（H₂），当满足2v_逆（CO）=v_正（H₂）说明氢气的正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，但v_逆（CO）=2v_正（H₂）不能说明反应达到平衡状态，故c符合；
d．反应前后气体质量不变，容器体积不变，混合气体的密度始终不发生改变，不能说明反应达到平衡状态，故d符合；
故答案为：c d；
（4）相同温度下，同一容器中，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大，根据图象知，p₁小于p₂，温度升高一氧化碳转化率减小，说明升温平衡逆向进行，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，△H＜0，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）反应是气体体积减小的反应，△S＜0，反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，满足此关系低温下能自发进行；
故答案为：小于；＜；低温；
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，反应是气体体积减小的放热反应，采取下列措施，其中能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动；
a．及时分离除CH₃OH，减少生成物浓度，平衡正向进行，但反应速率减小，故错误；
b．升高温度，平衡逆向移动，故错误；
c．增大H₂的浓度，化学反应速率加快，平衡正向移动，故正确；
d．选择高效催化剂，化学反应速率加快，平衡不移动，故错误，
故答案为：c．

点评 本题考查了化学平衡影响因素，反应速率、平衡常数概念计算应用，化学平衡标志的分析判断，掌握基础是解题关键，题目难度中等．