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16.工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇:
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H
(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)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℃
K2.0410.2700.012
①由表中数据判断△H<(填“>”、“=”或“<”)0;
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,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)300℃时,在一定的压强下,5mol CO与足量的H2在催化剂的作用下恰好完全反应变化的热量为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
反应物投入量1mol CO、2mol H21mo l CH3OH2mol CH3OH
平衡时数据CH3OH的
浓度(mol/L)
c1c2c3
反应的能量变化a kJb kJc kJ
体系压强(Pa)p1p2p3
反应物转化率α1α2α3
下列说法正确的是D.
A.2c1>c3  B.a+b<90.8
C.2p2<p3  D.α13<1.

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=$\frac{n(CO)反应}{n(CO)起始量}$,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)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,平衡时相同物质的物质的量相等,令平衡时甲醇为nmol,计算反应热数值;
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α12=1,由C的分析可知α2>α3

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,
故答案为: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=$\frac{n(CO)反应}{n(CO)起始量}$=$\frac{(1-0.4)mol}{2mol}$×100%=80%,
         CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)单位为mol/L
反应开始 1mol/L    3mol/L      0
反应     0.8mol/L  1.6mol/L    0.8mol/L
平衡      0.2mol/L  1.4mol/L  0.8mol/L
平衡常数K=$\frac{0.8mol/L}{2mol/L×(1.4mol/L)^{2}}$=2.04,所以是250℃;
故答案为:80%;250℃;
(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A错误;
B.催化剂对平衡移动无影响,故B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C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D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E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F正确;
故答案为: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,平衡时相同物质的物质的量相等,令平衡时甲醇为nmol,对于甲容器,a=90.8n,对应乙容器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α12=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 本题考查了影响化学平衡移动的因素、平衡状态的判断、平衡常数的计算、等效平衡问题等知识点,易错选项是(3)C,注意理解等效平衡问题、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,题目难度中等,

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