Question

17．工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
（1）判断反应达到平衡状态的依据是（填字母序号，下同）CD．
A．生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等
B．混合气体的密度不变
C．混合气体的相对平均分子质量不变
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化
（2）下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）．

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中数据判断该反应的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）；
②某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c （CO）=0.2mol•L^-1，则H₂的转化率为53.3%，此时的温度为250℃，若在此温度下测得某时刻体系内各物质的浓度如下：c （CO）=0.5mol•L^-1，c （H₂）=0.2mol•L^-1，c （CH₃OH）=0.1mol•L^-1，则此时该反应向逆方向进行（填“向正方向进行”、“向逆方向进行”或“处于平衡状态”）．
（3）要提高CO的转化率，可以采取的措施是DF．
A．升温         B．加入催化剂    C．增加CO的浓度
D．加入H₂       E．加入惰性气体   F．分离出甲醇．

Answer 1

分析 （1）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（2）①由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应；
②某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c （CO）=0.2mol•L^-1，则：
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始浓度（mol/L）：1      3         0
变化浓度（mol/L）：0.8    1.6       0.8
平衡浓度（mol/L）：0.2    1.4       0.8
转化率=$\frac{浓度变化量}{起始浓度}$×100%，根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算平衡常数，进而确定温度；
计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行；
（3）A．正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动；
B．加入催化剂不影响平衡移动；
C．增加CO的浓度，CO的转化率降低；
D．加入H₂平衡正向移动；
E．恒温恒容下，加入惰性气体，各组分浓度不变，平衡不移动；
F．分离出甲醇，平衡正向移动．

解答 解：（1）A．生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等，均表示正反应速率，反应始终按该比例关系进行，故A错误；
B．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体的密度始终不变，故B错误；
C．混合气体总质量不变，随反应进行混合气体物质的量变化，则平均相对分子质量变化，若平均相对平均分子质量不变，说明到达平衡，故C正确；
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化，说明到达平衡，故D正确，
故选：CD；
（2）①由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，则△H＜0，故答案为：＜；
②某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c （CO）=0.2mol•L^-1，则：
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始浓度（mol/L）：1        3        0
变化浓度（mol/L）：0.8      1.6      0.8
平衡浓度（mol/L）：0.2      1.4      0.8
氢气转化率=$\frac{1.6mol/L}{3mol/L}$×100%=53.3%；
平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.041，故温度为250℃；
浓度商Qc=$\frac{0.1}{0.5×0．{2}^{2}}$=5＞K=2.041，反应向逆反应进行，
故答案为：53.3%；250℃；向逆方向进行；
（3）A．正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO的转化率减小，故A错误；
B．加入催化剂不影响平衡移动，CO的转化率不变，故B错误；
C．增加CO的浓度，CO的转化率降低，故C错误；
D．加入H₂平衡正向移动，CO的转化率增大，故D正确；
E．若恒温恒容下，加入惰性气体，各组分浓度不变，平衡不移动，CO的转化率不变，故E错误；
F．分离出甲醇，平衡正向移动，CO的转化率增大，故F正确，
故选：DF．

点评 本题考查化学平衡计算及影响因素、平衡状态判断、平衡常数应用等，注意理解根据浓度商与平衡常数相对大小判断反应进行方向，难度中等．