Question

目前工业上可利用CO或CO₂来生产燃料甲醇，某研究小组对下列有关甲醇制取的三条化学反应原理进行探究．已知在不同温度下的化学反应平衡常数（K1、K2、K3）如下表所示：

化学反应	焓变	平衡常数	温度/℃
			500	700	800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）	△H1	K1	2.5	0.34	0.15
②CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）	△H2	K2	1.0	1.70	2.52
③CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	△H3	K3

请回答下列问题：
（1）反应②是

 

（填“吸热”或“放热”）反应．
（2）根据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3=

 

（用K1、K2表示）；根据反应③判断△S

 

0（填“＞”、“=”或“＜”），在

 

（填“较高”或“较低”）温度下有利于该反应自发进行．
（3）要使反应③在一定条件下建立的平衡逆向移动，可采取的措施有

 

（填写字母序号）．
A．缩小反应容器的容积
B．扩大反应容器的容积
C．升高温度
D．使用合适的催化剂
E．从平衡体系中及时分离出CH3OH
（4）500℃时，测得反应③在某时刻，CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的浓度分别为0.1mol?L^-1、0.8mol?L^-1、0.3mol?L^-1、0.15mol?L^-1，则此时v正

 

v逆（填“＞”、“=”或“＜”）．
（5）根据上述表格测得焓变，下列能量关系图合理的是

 

．
（6）某兴趣小组研究反应②的逆反应速率在下列不同条件随时间的变化曲线，开始时升温，t1时平衡，t2时降压，t3时增加CO浓度，t4时又达到平衡．请画出t2至t4的曲线．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,反应热和焓变,物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：化学平衡专题

分析：（1）依据反应②的平衡常数随温度变化判断反应能量变化；
（2）平衡常数是利用生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积，结合表达式计算，反应③是气体体积减小的反应△S＜0，分析反应特征可知平衡常数K₃=K₁×K₂，计算不同温度下反应③的平衡常数，结合温度变化分析判断反应焓变△H＜0，依据反应①+②得到反应③，所以平衡常数K₃=K₁×K₂； 存在的平衡常数定量关系，熵变是依据反应前后气体体积变化分析判断，反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；
（3）依据反应特征和化学平衡移动原理分析平衡逆向移动的条件改变；
（4）计算浓度商和平衡常数比较分析判断反应进行方向；
（5）依据反应能量变化结合平衡移动原理和影响因素分析选项；
（6）依据影响化学反应速率的因素分析判断反应速率变化和反应进行方向绘制图象；

解答： 解：（1）反应②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的平衡常数随温度升高增大，说明平衡正向进行，正反应是吸热反应；
故答案为：吸热；
（2）反应③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是气体体积减小的反应△S＜0，分析反应特征可知平衡常数K₃=K₁×K₂，计算不同温度下反应③的平衡常数，500°C时，K₃=K₁×K₂=2.5×1.0=2.5，800°C时，K₃=K₁×K₂=2.5×0.15=0.375，结合温度变化分析，随温度升高，平衡常数减小，平衡逆向进行，所以判断反应是放热反应，焓变△H＜0，△H-T△S在低温条件下能自发进行；
故答案为：K₁?K₂，＜，较低；
（3）反应③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是气体体积减小的放热反应，依据化学炮弹移动原理分析
A．缩小反应容器的容积，压强增大，平衡正向进行，故A不符合；
B．扩大反应容器的容积，压强减小，平衡逆向进行，故B符合；
C．反应是放热反应，升高温度，平衡逆向进行，故C符合；
D．使用合适的催化剂，改变反应速率不改变化学平衡，故D不符合；
E．从平衡体系中及时分离出CH₃OH，平衡正向进行，故E不符合；
故答案为：BC；
（4）500℃时，测得反应③在某时刻，CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）的浓度分别为0.1mol?L^-1、0.8mol?L^-1、0.3mol?L^-1、0.15mol?L^-1，Q=

0.3×0.15

0．83×0.1

=0.88＜K=2.5，则此时v正＞v逆；
故答案为：＞；
（5）A、反应②已经平衡常数随温度变化分析为吸热反应，反应物能量低于生成物，图象符合，故A正确；
B、催化剂改变反应速率不改变化学平衡，平衡状态不变，图象不符合，故B错误；
C、①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g），依据数据分析，平衡常数随温度 升高减小，说明正反应为放热反应，反应物能量高于生成物，图象不符合，故C错误；
D、反应③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是放热盐，反应物能量高于生成物，图象符合，故D正确；
故答案为：AD；
（6）反应②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）是气体体积不变的吸热反应，反应的逆反应速率在下列不同条件随时间的变化曲线，开始时升温，逆反应速率增大，t₁时平衡，t₂时降压，逆反应速率减小，平衡不变，t₃时增加CO浓度，此时刻逆反应速率增大，随反应进行减小，大平衡状态大于t₂-t₃平衡状态的逆反应速率，t₄时又达到平衡，依据反应速率影响分析绘制出去下变化；画出t2至t4的曲线为如图所示
；
故答案为：；

点评：本题考查了化学平衡、反应速率影响因素分析判断，平衡常数计算应用，掌握反应特征和平衡移动原理是关键，题目难度中等．