Question

在恒温恒容的密闭容器中，工业上常用反应①制备甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁＜0；其中的原料气常用反应②来制备：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₂．根据题意完成下列各题：
（1）判断反应①达到平衡状态的标志是______（填字母）．
a．CO体积分数保持不变
b．CO和CH₃OH浓度相等
c．容器中气体的压强不变
d．CH₃OH的生成速率与CO的消耗速率相等
e．容器中混合气体的密度保持不变
（2）欲提高反应①CO中的转化率，下列措施可行的是______（填字母）．
a．向装置中再充入N₂
b．升高温度
c．改变反应的催化剂
d．向装置中再充入H₂
（3）一定条件下，反应②中CH₄的平衡转化率与温度的关系如图所示．则△H₂______0（填“＜”、“＞”或“=”）．在T℃时的1L密闭容器中，充入1molCH₄和3molH₂O（g），发生反应②，经过5min达到平衡，此时CH₄的转化率为50%，则从开始到平衡，H₂的平均反应速率为______，T℃时该反应的平衡常数为______；
（4）若向此1L密闭容器中，加入1molCH₄、5molH₂O（g）、1molCO和3molH₂，发生反应②，若温度仍为T℃，此时v（正）______v（逆）（填“＜”、“＞”或“=”）．若改变反应温度，达到新平衡时，______mol＜n（H₂O）＜______mol．

Answer 1

（1）恒温恒容的容器内进行反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
a．平衡状态各组分的含量不变，CO体积分数保持不变，证明反应达到平衡，故a正确；
b．甲醇和一氧化碳的起始量和消耗量决定，容器中甲醇浓度与CO浓度相等不能证明反应达到平衡，故B错误；
c．反应前后是气体体积减小的反应，容器中气体的压强不变，说明反应达到平衡状态，故c正确
d．化学反应速率之比等于化学方程式中计量数之比，CH₃OH的生成速率与CO的消耗速率相等，说明甲醇和一氧化碳正反应速率相同，反应正向进行不能说明反应达到平衡，故d错误；
e．容器中混合气体的密度保持不变，混合气体的密度=

气体质量

气体体积

，反应过程中气体质量守恒，容器体积相同，密度不变，不能证明反应达到平衡，故e错误；
故答案为：ac；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
a．向装置中再充入N₂，恒温恒容条件下，体系总压增大，分压不变，平衡不动，故a不符合；
b．反应是放热反应，升高温度平衡那你想进行，转化率减小，故b不符合；
c．改变反应的催化剂，改变反应速率，不能改变化学平衡，转化率不变，故c不符合；
d．向装置中再充入H₂，提高一氧化碳转化率，故d正确；
故答案为：d；
（3）图象变化分析甲烷转化率随温度升高增大，说明平衡正向进行，正反应是吸热反应，△H＞0，在T℃时的1L密闭容器中，充入1mol CH₄和3mol H₂O（g），发生反应②，经过5min达到平衡，此时CH₄的转化率为50%，则
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol） 1 3 0 0
变化量（mol）0.5 0.5 0.5 1.5
平衡量（mol）0.5 2.5 0.5 1.5
H₂的平均反应速率=

1.5mol 1L

5min

=0.3mol/L?min；
平衡常数K=

( 1.5 1 )3×0.5

0.5×2.5

=1.35（mol/L）²；
故答案为：＞；0.3mol/L?min，1.35；
（4）若向此1L密闭容器中，加入1mol CH₄、5mol H₂O（g）、1mol CO和3mol H₂，发生反应②，若温度仍为T℃．平衡常数K=1.35，Qc=

1×33

1×5

=5.4＞1.35，所以反应逆向进行，v（正）＜v（逆），若改变反应温度，达到新平衡时，
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
15 1 3
0 4 2 4
26 0 2
得到水蒸气的物质的量介于4-6间；
故答案为：＜；4；6．