Question

19．请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质．
（1）在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应，CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），平衡常数K与温度t℃的关系如下表：

t℃	700	800	830	1000	1200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

①该反应的化学平衡常数表达式为$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$．
②该反应为吸热反应（填“吸热”或“放热”）．
③某温度下，平衡浓度符合下式：c（CO₂）•c（H₂）=c（CO）•c（H₂O），试判断此时的温度为830℃．
（2）工业上一般以CO和H₂为原料合成甲醇，一定温度下在恒容容器中，该反应的热化学方程式为：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ•mol^-1
①下列措施中能说明反应达到平衡状态的是AD．
A．体系压强保持不变
B．混合气体的密度保持不变
C．CO与H₂的浓度之比为1：2
D．单位时间内，消耗2molH₂的同时消耗1molCH₃OH
②在恒容容器中合成甲醇，当温度分别为230℃、250℃和270℃时，CO的转化率与n（H₂）：n（CO）的起始组成比的关系如图所示．已知容器体积1L，起始时CO的物质的量均为1mol．据此判断在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是270℃；利用图中a点对应的数据，计算该反应在对应温度下的平衡常数K等于4（mol/L）^-2．

Answer 1

分析 （1）①化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
②由表中数据可知，随温度升高平衡常数增大，说明升高温度平衡正向移动，而升高温度平衡向吸热反应移动；
③某温度下，平衡浓度符合：c（CO₂）•c（H₂）=c（CO）•c（H₂O），则平衡常数K=1；
（2）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再变化说明到达平衡；
②n（H₂）：n（CO）的起始组成比一定条件下，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CO转化率减小；
a点平衡时CO转化率为50%，CO起始物质的量为1mol，氢气起始物质的量为1.5mol，转化的CO为0.5mol，则：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：1      1.5        0
变化量（mol）：0.5     1         0.5
平衡量（mol）：0.5    0.5        0.5
再根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算平衡常数．

解答 解：（1）①CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化学平衡常数K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$；
②由表中数据可知，随温度升高平衡常数增大，说明升高温度平衡正向移动，而升高温度平衡向吸热反应移动，故答案为：吸热；
③某温度下，平衡浓度符合：c（CO₂）•c（H₂）=c（CO）•c（H₂O），则平衡常数K=1，故温度为830℃，
故答案为：830；
（2）①A．随反应进行混合气体物质的量减小，恒温恒容下，容器内压强减小，体系压强保持不变，说明到达平衡，故A正确；
B．混合气体总质量不变，容器的溶容积不变，混合气体的密度始终不变，故B错误；
C．平衡时物质的浓度与起始浓度及转化率有关，平衡时CO与H₂的浓度之比不一定等于化学计量数之比，故C错误；
D．单位时间内，消耗2molH₂的同时消耗1molCH₃OH，说明甲醇的生成速率与消耗速率相等，反应到达平衡，故D正确，
故选：AD；
②n（H₂）：n（CO）的起始组成比一定条件下，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CO转化率减小，曲线Z对应CO转化率最小，温度最高，故对应的温度为270℃；
a点平衡时CO转化率为50%，CO起始物质的量为1mol，氢气起始物质的量为1.5mol，转化的CO为0.5mol，则：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：1      1.5       0
变化量（mol）：0.5     1        0.5
平衡量（mol）：0.5    0.5       0.5
容器的体积为1L，则平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5mol/L}{0.5mol/L×（0.5mol/L）^{2}}$=4（mol/L）^-2，
故答案为：270℃；4（mol/L）^-2．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数、化学平衡图象等，注意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再变化说明到达平衡．