Question

8．一定条件下，在容积为3L的密闭容器中加入1molCO和2molH₂发生反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H，达平衡状态．根据图示回答：
（1）T_A＜T_B（选填“＞”“=”或“＜”，下同），△H＜0，
K_A＞K_B．
（2）若容器容积不变，下列措施可增加CH₃OH产率的是BD（填写序号）．
A．升高温度
B．将CH₃OH（g）从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
D．再充入0.10mol H₂和0.05mol CO
（3）反应达到平衡后，保持其他条件不变，若只把容器的体积缩小一半，平衡将正向（选填“逆向”“正向”或“不”）移动，化学平衡常数K不变（选填“增大”“减小”或“不变”）．
（4）在T_B下反应达到平衡，平衡时的压强为开始的0.9倍，CO的转化率为15%．
（5）在T_A下反应达到平衡，混合气体的平均相对分子质量为$\frac{64}{3}$，则平衡混合气体中H₂的体积分数为33.3%．

Answer 1

分析 （1）温度越高，反应速率越快，到达平衡时间越短，由图可知，温度T_B先到达平衡，则温度T_A＜T_B，升高温度，甲醇的物质的量减小，说明平衡逆向移动，平衡常数减小，而升高温度平衡向吸热反应方向移动；
（2）A．升高温度，平衡逆向移动；
B．将CH₃OH（g）从体系中分离，平衡正向移动；
C．充入He，使体系总压强增大，恒容条件下，反应体系各组分浓度不变，平衡不移动；
D．再充入0.10mol H₂和0.05mol CO，等效为在原平衡基础上增大压强，平衡正向移动；
（3）反应达到平衡后，保持其他条件不变，若只把容器的体积缩小一半，压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动；化学平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变；
（4）恒温恒容下，压强之比等于其物质的量之比，平衡时混合气体总物质的量为（1mol+2mol）×0.9=2.7mol，利用差量法计算参加反应CO物质的量，进而计算CO转化率；
（5）混合气体总质量等于起始时CO与氢气质量之和，故平衡时混合气体物质的量为$\frac{1mol×28g/mol+2mol×2g/mol}{\frac{64}{3}g/mol}$=1.5mol，利用差量法计算参加反应氢气物质的量，再计算平衡体系中氢气体积分数．

解答 解：（1）温度越高，反应速率越快，到达平衡时间越短，由图可知，温度T_B先到达平衡，则温度T_A＜T_B，升高温度，甲醇的物质的量减小，说明平衡逆向移动，平衡常数减小，平衡常数K_A＞K_B，而升高温度平衡向吸热反应方向移动，故正反应为放热反应，则△H＜0，
故答案为：＜；＜；＞，
（2）A．升高温度，平衡逆向移动，甲醇的产率减小，故A错误；
B．将CH₃OH（g）从体系中分离，平衡正向移动，甲醇产率增大，故B正确；
C．充入He，使体系总压强增大，恒容条件下，反应体系各组分浓度不变，平衡不移动，甲醇产率不变，故C错误；
D．再充入0.10mol H₂和0.05mol CO，等效为在原平衡基础上增大压强，平衡正向移动，甲醇产率增大，故D正确，
故选：BD；
（3）反应达到平衡后，保持其他条件不变，若只把容器的体积缩小一半，压强增大，由于正反应为气体体积减小的反应，故平衡向正反应方向移动，化学平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，
故答案为：正向；不变；
（4）恒温恒容下，压强之比等于其物质的量之比，平衡时混合气体总物质的量为（1mol+2mol）×0.9=2.7mol，则：
 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 物质的量减小△n
  1                             2
0.15mol                        3mol-2.7mol=0.3mol
故CO转化率为$\frac{0.15mol}{1mol}$×100%=15%，
故答案为：15%；
（5）混合气体总质量等于起始时CO与氢气质量之和，故平衡时混合气体物质的量为$\frac{1mol×28g/mol+2mol×2g/mol}{\frac{64}{3}g/mol}$=1.5mol，则：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 物质的量减小△n
        2                        2
      1.5mol               3mol-1.5mol=1.5mol
故平衡体系中氢气体积分数为$\frac{2mol-1.5mol}{1.5mol}$×100%=33.3%，
故答案为：33.3%．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡图象，侧重考查学生分析计算能力，（4）（5）中注意利用差量法简化计算．