Question

11．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）如表所列数据是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2molCO和6molH₂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，则CO的转化率为80%，此时的温度为250℃．
（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加压    e．加入惰性气体加压     f．分离出甲醇
（4）一定条件下，CO与H₂在催化剂的作用下生成5molCH₃OH的能量变化为454kJ．在该温度时，在容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：

容器		甲	乙	丙
反应物投入量		1molCO、2molH2	1molCH3OH	2molCH3OH
平 衡 时 数 据	CH3OH的浓度（mol/L）	c1	c2	c3
	反应的能量变化	akJ	bkJ	ckJ
	体系压强（Pa）	p1	p2	p3
	反应物转化率	α1	α2	α3

下列说法正确的是D．
A.2c₁＞c₃ B．a+b＜90.8      C.2p₂＜p₃ D． α₁+α₃＜1．

Answer 1

分析 （1）当反应前后改变的物理量不变时该反应达到平衡状态，据此判断平衡状态；
（2）①升高温度化学平衡常数减小，说明平衡逆向移动，则正反应是放热反应；
 ②某温度下，将2molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则：
             CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始浓度（mol）：1       3        0
变化浓度（mol）：0.8     1.6      0.8
平衡浓度（mol）：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，进而判断温度；
（3）要提高CO的转化率，可以通过增大氢气浓度、减小甲醇浓度、降低温度、增大压强等方法；
（4）A、甲、丙相比较，把甲等效为开始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物质的量为甲的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动；
B、由题目可知生成1molCH₃OH的能量变化为$\frac{454kJ}{5}$=90.8kJ，甲、乙平衡状态相同，令平衡时甲醇为nmol，计算反应热数值，据此判断；
C、比较乙、丙可知，丙中甲醇的物质的量为乙的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动；
D、甲、乙处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃．

解答 解：（1）A．无论反应所得达到平衡状态都存在生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等，所以不能据此判断平衡状态，故错误；
B．反应前后气体质量不变、容器体积不变，所以无论反应是否达到平衡状态，混合气体的密度始终不变，不能据此判断平衡状态，故错误；
C．反应前后气体的物质的量减小，所以其相对平均分子质量增大，当混合气体的相对平均分子质量不变时，该反应达到平衡状态，故正确；
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化，正逆反应速率不变，反应达到平衡状态，故正确；
故选CD；
（2）①升高温度化学平衡常数减小，说明平衡逆向移动，则正反应是放热反应，则△H＜0，
故答案为：＜；
 ②某温度下，将2molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则：
             CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始浓度（mol）：1      3         0
变化浓度（mol）：0.8    1.6       0.8
平衡浓度（mol）：0.2    1.4       0.8
CO转化率=$\frac{0.8mol}{1mol}$×100%=80%，平衡常数KK=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.042，故温度为250℃，
故答案为：80%；250℃；
（3）a．升温平衡逆向移动，则CO转化率降低，故错误；
b．加入催化剂不影响平衡移动，CO转化率不变，故错误；    
c．增加CO的浓度平衡正向移动但CO转化率减小，故错误；
d．加入H₂加压，平衡正向移动，CO转化率增大，故正确；    
e．加入惰性气体加压，反应物浓度不变，平衡不移动，CO转化率不变，故错误；    
f．分离出甲醇，平衡正向移动，CO转化率增大，故正确；
故选df；
（4）A、甲、丙相比较，把甲等效为开始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物质的量为甲的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动，故2c₁＜c₃，故A错误；
B、由题目可知生成1molCH₃OH的能量变化为$\frac{454kJ}{5}$=90.8kJ，甲、乙平衡状态相同，令平衡时甲醇为nmol，对于甲容器，a=90.8n，等于乙容器b=90.8（1-n），故a+b=90.8，故B错误；
C、比较乙、丙可知，丙中甲醇的物质的量为乙的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动，故2p₂＞p₃，故C错误；
D、甲、乙处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正确，
故答案为：D．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡状态判断、化学平衡影响因素及等效平衡问题，难度较大，注意（4）题为易错点、难点，注意理解等效平衡问题．