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10.工业上在合成塔中采用下列反应合成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=Q kJ•mol-1
(1)判断该可逆反应达到平衡状态的标志是cd(填字母序号).
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.混合气体的平均相对分子质量不变          d.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
(2)表所列数据是该可逆反应在不同温度下的化学平衡常数(K)
温度250℃300℃350℃
K2.0410.2700.012
①由表中数据判断Q<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,达到平衡测得c(CO)=0.2mol•L-1,此时对应的温度为250℃;CO的转化率为80%.
(3)要提高CO的转化率,可以采取的措施是df(填字母序号).
a.升温  b.加入催化剂
c.增加CO的浓度  d.通入H2加压
e.通入惰性气体加压  f.分离出甲醇
(4)请在图中画出压强不同,平衡时甲醇的体积分数(φ)随温度(T)变化的两条曲线(在曲线上标出p1、p2,且p1<p2).

分析 (1)可逆反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等(同种物质)或正逆反应速率之比等于系数之比(不同物质),平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化,由此衍生的一些物理量不变,以此分析;
(2)①升高温度,可逆反应向吸热反应方向移动,根据平衡常数与温度变化关系确定焓变;
②转化率=$\frac{n(CO)(反应)}{n(CO)(反应开始)}$,根据平衡浓度计算出平衡常数来确定温度;
(3)要提高CO的转化率,必须使可逆反应向正反应方向移动;
(4)根据压强对平衡移动的影响判断;

解答 解:(1)a.无论反应是否达到平衡状态,生成CH3OH的速率与消耗CO的速率始终相等,所以不能作为判断平衡状态的依据,故错误; 
 b.混合物的质量始终不变,容器的体积不变,所以混合气体的密度始终不变,所以不能作为判断平衡状态的依据,故错误;
c.反应前后,混合气体的物质的量改变,气体的质量不变,反应达到平衡状态时,混合气体的相对平均分子质量不变,所以能作为判断平衡状态的依据,故正确;
 d.反应达到平衡状态时,CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化,所以能作为判断平衡状态的依据,故正确;
故选 cd;
(2)①升高温度,平衡向吸热方向移动,根据表格知,温度越高,化学平衡常数越小,说明平衡向逆反应方向移动,所以正反应是放热反应,即△H<0,
故答案为:<;
②平衡时一氧化碳的物质的量=0.2mol/L×2L=0.4mol,转化率=$\frac{n(CO)(反应)}{n(CO)(反应开始)}$=$\frac{(1-0.4)mol}{2mol}$=80%,
                     CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)单位为mol/L
开始 (mol/L):1mol/L    3mol/L         0      
反应(mol/L):0.8mol/L  1.6mol/L    0.8mol/L
平衡(mol/L):0.2mol/L 1.4mol/L   0.8mol/L
平衡常数K=$\frac{0.8mol/L}{0.2mol/L×(1.4mol/L)^{2}}$=2.04,所以是250℃;
故答案为:250℃;80%;
(3)a.该反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,故错误;        
b.催化剂对平衡移动无影响,故错误;        
c.增加CO的浓度,平衡向正反应方向移动,但CO的转化率降低,故错误;
d.加入H2加压,平衡向正反应方向移动,一氧化碳的转化率增大,故正确;
e.加入惰性气体加压,参加反应的气体压强不变,平衡不移动,故错误;    
f.分离出甲醇,平衡向正反应方向移动,一氧化碳的转化率增大,故正确;
故选df;
(4)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H<0,
则温度越高,逆向反应进行的程度越大,甲醇的含量就越低,
压强增大,反应正向进行的程度大,则甲醇的含量高,则图象为

故答案为:

点评 本题考查了影响化学平衡移动的因素、平衡状态的判断等知识点,易错选项是(3)C,注意加入CO虽然能使平衡向正反应方向移动,但一氧化碳的转化率降低,为易错点.

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