Question

8．（1）在2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），在其他条件不变的情况下，探究温度对反应的影响，实验结果如图1所示（注：T₂＞T₁，均大于300℃）．
①温度为T₂时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均反应速率为$\frac{{n}_{B}}{2{t}_{B}}$mol/（L•min）．
②通过分析图1，温度对反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的影响可以概括为当其他条件一定时，升高温度，反应速率加快；当其他条件一定时，升高温度，平衡逆向移动．

③下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是AD（填字母）．
A．体系压强保持不变
B．密闭容器中CO₂、H₂、CH₃OH（g）、H₂O（g）4种气体共存
C．CH₃OH与H₂物质的量之比为1：3
D．每消耗1mol CO₂的同时生成3mol H₂
④已知H₂（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，写出由CO₂和H₂生成液态甲醇和液态水的热化学方程式：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9kJ•mol^-1．
（2）在容积可变的密闭容器中，由CO和H₂合成甲醇CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示．
①该反应的平衡常数表达式K=$\frac{[C{H}_{3}OH]}{[CO]•[{H}_{2}]^{2}}$，250℃、0.5×10⁴ kPa下的平衡常数＞（填“＞”、“＜”或“=”）300℃、1.5×10⁴ kPa下的平衡常数．
②实际生产中，该反应条件控制在250℃、1.3×10⁴ kPa左右，选择此压强而不选择更高压强的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失．

Answer 1

分析 （1）①根据反应速率v=$\frac{△c}{△t}$计算从反应开始到平衡生成甲醇的平均反应速率；
②温度能加快化学反应速率，能使化学平衡向着吸热方向进行；
③可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此进行判断；
④根据燃烧热的概念以及盖斯定律来计算化学反应的焓变；
（2）①根据图2可知该反应为放热反应，平衡常数与压强大小无关，只与温度有关，根据温度对化学平衡的影响判断平衡常数大小；
②根据压强对化学反应速率以及化学平衡移动的影响知识结合实际生产过程来回答．

解答 解：（1）①温度为T₂时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均反应速率为：v（B）=$\frac{\frac{n（B）}{2L}}{{t}_{B}}$=$\frac{{n}_{B}}{2{t}_{B}}$mol/（L•min），
故答案为：$\frac{{n}_{B}}{2{t}_{B}}$mol/（L•min）；
②温度能加快化学反应速率，能使化学平衡向着吸热方向进行，T₂＞T₁，根据图一，温度升高，甲醇的物质的量减小，所以平衡逆向移动，即所以当其他条件一定时，对于该化学反应：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l），升高温度，反应速率加快；当其他条件一定时，升高温度，平衡逆向移动，
故答案为：当其他条件一定时，升高温度，反应速率加快；当其他条件一定时，升高温度，平衡逆向移动；
③A．该反应是一个反应前后气体系数和不同的反应，当体系压强保持不变，证明达到平衡，故A正确；
B．密闭容器中CO₂、H₂、CH₃OH（g）、H₂O（g）4种气体共存，只能证明是一个可逆反应，不能证明是平衡状态，故B错误；
C．CH₃OH与H₂物质的量之比为1：3，不能证明达平衡状态，故C错误；
D．每消耗1mol CO₂的同时生成3molH₂，能证明正逆反应速率相等，故D正确；
故答案为：AD；
④由H₂（g）的燃烧热△H为-285.8kJ•mol^-1知，1molH₂（g）完全燃烧生成1molH₂O（l）放出热量285.8kJ，该反应为：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
②CH₃OH（l）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
由盖斯定律可知，3×①-②得：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ•mol^-1，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ•mol^-1；
（2）①根据CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系图2，可以知道该反应是一个放热反应，所以升高温度，平衡常数减小，压强大小和平衡常数之间无关，即250℃、0.5×10⁴kPa下的平衡常数大于300℃、1.5×10⁴kPa下的平衡常数，
故答案为：＞；
②根据CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系图2可知，在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失，
故答案为：在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡移动的影响、化学平衡状态的判断以及化学平衡的计算知识，题目难度中等，明确化学平衡及其影响为解答关键，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．