Question

7．甲醇是一種新型燃料，甲醇燃料電池即將從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化生產(chǎn)．工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ•mol^-1
（1）下列措施中既有利于增大反應(yīng)速率又有利于提高CO轉(zhuǎn)化率的是D．
A．隨時(shí)將CH₃OH與反應(yīng)混合物分離
B．降低反應(yīng)溫度
C．增大體系壓強(qiáng)
D．使用高效催化劑
（2）在容積為1L的恒容容器中，分別研究在230℃、250℃、270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律．右圖是上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為1mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．請(qǐng)回答：
①在上述三種溫度中，曲線Z對(duì)應(yīng)的溫度是270℃
②利用圖中a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，計(jì)算出曲線Z在對(duì)應(yīng)溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù) K=4L²•mol^-2．
（3）在某溫度下，將一定量的CO和H₂投入10L的密閉容器中，5min時(shí)達(dá)到平衡，各物質(zhì)的物質(zhì)的濃度（mol•L^-1）變化如下表所示：

	0min	5min	10min
CO	0.1		0.05
H2	0.2		0.2
CH3OH	0	0.04	0.05

若5min～10min只改變了某一條件，所改變的條件是增大H₂的濃度；且該條件所改變的量是增大了0.1mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)平衡移動(dòng)原理進(jìn)行判斷，溫度升高、壓強(qiáng)增大、使用催化劑，反應(yīng)速率加快，提高CO轉(zhuǎn)化率需要改變條件平衡正向進(jìn)行；
（2）①合成甲醇的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低，方向圖象曲線變化判斷；
②根據(jù)一氧化碳的轉(zhuǎn)化率求算各物質(zhì)的平衡濃度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，帶入計(jì)算得到平衡常數(shù)；
（3）根據(jù)5min和10min時(shí)各物質(zhì)濃度的變化來(lái)確定改變條件，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，根據(jù)反應(yīng)方程式知各物理量之間的關(guān)系式知，c（CO）=0.1mol/L-0.04mol/L=0.06mol/L，C（H₂）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，10min時(shí)，c（CO）減小，c（H₂）增大，c（CH₃OH）增大，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但氫氣濃度增大，所以改變的物理量是增大了氫氣的濃度．

解答 解：（1）A、隨時(shí)將CH₃OH與反應(yīng)混合物分離，CH₃OH的濃度減小，反應(yīng)速率降低，故A錯(cuò)誤；
B、溫度降低，平衡正向進(jìn)行，但反應(yīng)速率變小，故B錯(cuò)誤；
C、增大體系壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，一氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D、使用催化劑，反應(yīng)速率加快，但平衡不變，不能提高CO轉(zhuǎn)化率，故D錯(cuò)誤；
故選D，
故答案為：D；
（2）①根據(jù)反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ•mol^-1，是放熱反應(yīng)，溫度越高，轉(zhuǎn)化率越低，所以曲線Z對(duì)應(yīng)的溫度是270℃，
故答案是：270℃；
  ②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，a點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率50%，反應(yīng)消耗了2mol×50%=1molCO，消耗氫氣2mol，剩余1molCO，n（H₂）=3mol-2mol=1mol，生成1mol甲醇，a點(diǎn)各組分的濃度是：c（CH₃OH）=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，c（CO）=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，c（H₂）=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，
帶人表達(dá)式得：K=$\frac{0.5mol/L}{0.5mol/L×（0.5mol/L）^{2}}$=4L²•mol^-2，
故答案是：4L²•mol^-2；
（3）反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，根據(jù)反應(yīng)方程式知各物理量之間的關(guān)系式知，c（CO）=0.1mol/L-0.04mol/L=0.06mol/L，C（H₂）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，10min時(shí)，c（CO）減小，c（H₂）增大，c（CH₃OH）增大，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但氫氣濃度增大，所以改變的物理量是增大了氫氣的濃度，氫氣濃度增大了0.2mol/L-0.12mol/L+0.02mol/L=0.1mol/L，
故答案為：增大H₂的濃度；增大了0.1 mol•L^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡移動(dòng)原理、蓋斯定律、氧化還原反應(yīng)的配平等知識(shí)點(diǎn)，氧化還原反應(yīng)根據(jù)得失電子相等進(jìn)行配平即可，難點(diǎn)化學(xué)平衡移動(dòng)的分析，要結(jié)合濃度該變量來(lái)確定改變條件，難度中等．