Question

2．运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO₂等污染物有重要意义．
（1）用CO可以合成甲醇．已知：
①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5 kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0 kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8 kJ•mol^-1
则CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1
下列措施中能够增大上述合成甲醇反应的反应速率的是a、c（填写序号）．
a．使用高效催化剂        b．降低反应温度
c．增大体系压强          d．不断将CH₃OH从反应混合物中分离出来
（2）在一定压强下，容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H₂，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1所示．
①p₁小于p₂（填“大于”、“小于”或“等于”）；
②100℃时，该反应的化学平衡常数K=$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
③100℃时，达到平衡后，保持压强P₁不变的情况下，向容器中通入CO、H₂号 CH₃OH各0.5amol，则平衡向左（填“向右”、“向左”或“不”移动）
④在其它条件不变的情况下，再增加a mol CO和2a molH₂，达到新平衡时，CO的转化率增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）在容积均为1L的密闭容器（a、b、c、d、e）中，分别充入1molCO和2molH₂等量混合气体，在不同的温度下（温度分别为T₁、T₂、T₃、T₄、T₅），经相同的时间，在t时刻，测得容器甲醇的体积分数如图所示．在T₁-T₂及T₄-T₅两个温度区间，容器内甲醇的体积分数的变化趋势如图2所示，其原因是T₁-T₂区间，化学反应未达到平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，所以甲醇的体积分数随着温度的升高而提高．T₃-T₄区间，化学反应已达到平衡状态，由于正反应为放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以甲醇的体积分数减少．

Answer 1

分析 （1）将已知方程式变型得到目标方程式，依据盖斯定律计算反应热；升高温度、增大压强、加入催化剂、增大浓度、增大接触面积等措施可以加快反应速率；
（2）①由图1可知，温度相同时，在压强为P₂时平衡时CO的转化率高，由反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知压强越大，越有利于平衡向正反应进行；
②由图1可知，在P₁压强下，100℃时，CO的转化率为0.5，据此计算CO的浓度变化量，根据三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，计算合成甲醇的化学平衡常数；
③在其它条件不变的情况下，向容器中通入CO、H₂、CH₃OH各0.5amol，等效减小氢气的浓度，平衡向逆反应移动；
④在其它条件不变的情况下，再增加a mol CO和2a molH₂，相当于压强增大，平衡正向进行达到新平衡时；
（3）根据影响化学反应速率和化学平衡的因素进行判断得出正确结论．a、b没有达到平衡状态，c、d、e达到平衡状态．

解答 解：（1）①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1，
依据盖斯定律②+③×2-①得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H，则△H=△H₂+2△H₃-△H₁=-90.1KJ/mol；
反应为气体体积减小的放热反应，能够增大上述合成甲醇反应的反应速率的是，
a．使用高效催化剂，降低反应的活化能，可以加快反应速率，故a正确；        
b．降低反应温度减慢反应速率，故b错误；
c．增大体系压强反应速率增大，故c正确；         
d．不断将CH₃OH从反应混合物中分离出来，生成物难度减小，反应速率减小，故d错误；
故选ac，
故答案为：-90.1；  a、c；
 （2）①由图1可知，温度相同时，在压强为P₂时平衡时CO的转化率高，由反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知压强越大，
越有利于平衡向正反应进行，故压强P₁＜P₂，
故答案为：小于；
②由于平衡常数与压强没有关系，所以根据图象可知，在100℃P₁时，CO的转化率是0.5，则
                              CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始浓度（mol/L）   $\frac{a}{V}$             $\frac{2a}{V}$              0
转化浓度（mol/L）   $\frac{a}{2V}$           $\frac{a}{V}$               $\frac{a}{2V}$
平衡浓度（mol/L） $\frac{a}{2V}$            $\frac{a}{V}$                $\frac{a}{2V}$
所以平衡常数K=$\frac{\frac{a}{2V}}{\frac{a}{2V}×（\frac{a}{V}）^{2}}$=$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$，
故答案为：$\frac{{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
③在其它条件不变的情况下，向容器中通入CO、H₂、CH₃OH各0.5amol，等效减小氢气的浓度，平衡向逆反应移动，
故答案为：向左；
④在其它条件不变的情况下，再增加a mol CO和2a molH₂，相当于压强增大，平衡正向进行达到新平衡时，CO的转化率增大，
故答案为：增大；
（3）反应进行到t时刻时，a、b没有达到平衡状态，c、d、e达到平衡状态，故T₁-T₂区间，化学反应未达到平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，所以甲醇的体积分数随着温度的升高而提高．T₃-T₄区间，化学反应已达到平衡状态，由于正反应为放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以甲醇的体积分数减少，
故答案为：T₁-T₂区间，化学反应未达到平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，所以甲醇的体积分数随着温度的升高而提高．T₃-T₄区间，化学反应已达到平衡状态，由于正反应为放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以甲醇的体积分数减少；

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的应用、图象分析应用，化学平衡移动原理的分析判断，平衡常数的表示方法，题目难度中等．