Question

5．CO可用于合成甲醇，化学方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．

（1）图1是CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．
①该反应的焓变△H＜（填“＞”、“＜”或“=”）0．
②T₁和T₂温度下的平衡常数大小关系是K₁＞（填“＞”、“＜”或“=”）K₂．在T₁温度下，往体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO和2mol H₂，经测得CO和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．则该反应的平衡常数为12．
③若容器容积不变，下列措施可增加CO转化率的是b（填字母）．
a．升高温度          b．将CH₃OH（g）从体系中分离
c．使用合适的催化剂    d．充入He，使体系总压强增大
（2）在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃和270℃三种温度下合成甲醇的规律．如图3是上述三种温度下H₂和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量均为1mol）与CO平衡转化率的关系，则曲线z对应的温度是270℃；该温度下上述反应的化学平衡常数为4．曲线上a、b、c点对应的化学平衡常数分别为K₁、K₂、K₃，则K₁、K₂、K₃的大小关系为K₁═K₂＜K₃．

Answer 1

分析 （1）根据温度对化学平衡的影响来回答，先拐先平温度高T₂＞T₁，CO转化率减小，说明升温平衡逆向进行；
②温度对化学平衡常数的影响和反应的吸放热有关，平衡逆向进行平衡常数减小；计算平衡浓度得到平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
③化学平衡正向移动可增加甲醇产率；
（2）正反应放热，则升高温度CO的转化率降低；计算出平衡时各物质的浓度，结合平衡常数的定义进行计算；平衡常数是温度的函数，正反应是放热反应，温度越高K越小．

解答 解：（1）①反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）中，反应向右进行，一氧化碳的转化率增大，温度升高，化学平衡向着吸热方向进行，根据图中的信息可以知道先拐先平温度高：T₂＞T₁，温度越高CO转化率越小，说明升温平衡逆向进行，逆反应为吸热反应，所以正反应是放热反应，△H＜0，
故答案为：＜；
②对于放热反应，温度越高，平衡逆向进行化学平衡常数越小，因为图象分析可知T₂＞T₁，所以K₁＞K₂，在T₁温度下，往体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO和2mol H₂，经测得CO和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示，平衡状态下CO浓度为0.25mol/L，CH₃OH（g）平衡浓度为0.75mol/L，平衡三行计算列式得到，
                             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）   1                 2                     0
变化量（mol/L） 0.75             1.5                 0.75
平衡量（mol/L）  0.25            0.5                 0.75
K=$\frac{0.75}{0.25×0．{5}^{2}}$=12
故答案为：＞；12；
③a、若容器容积不变，升高温度，反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）平衡逆向移动，甲醇产率降低，故a错误；
b、将CH₃OH（g）从体系中分离，反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）平衡正向移动，甲醇产率增大，故b正确；
c、使用合适的催化剂不会引起化学平衡的移动，甲醇的转化率不变，故c错误；
d、若容器容积不变，充入He，使体系总压强增大，单质各组分的浓度不变，化学平衡不移动，甲醇的转化率不变，故d错误；
故答案为：b；
（2）根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，所以曲线Z为270℃，
由图象可知当270℃时，CO的转化率为50%，n（H₂）：n（CO）=1.5，则
                      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始（mol/L） 1             1.5               0
转化（mol/L） 0.5           1               0.5
平衡（mol/L） 0.5         0.5                0.5
K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×0.5×0.5}$=4，
曲线上a、b是等温，温度高于c点的温度，所以K₁═K₂＜K₃，
故答案为：270；4；K₁═K₂＜K₃．

点评 本题是一道关于化学平衡状态的判断、化学平衡的移动影响因素、平衡状态的判断方法、化学反应平衡常数的计算和应用等方面的知识，侧重于影响平衡移动及平衡常数的因素的考查，要求学生具有分析和解决问题的能力，题目难度中等．