Question

14．開發(fā)利用清潔能源具有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景，可減少污染解決霧霾問(wèn)題．甲醇是一種可再生的清潔能源，一定條件下用CO和H₂合成CH₃OH：CO（g）+2H₂ （g）?CH₃OH（g）△H=-105kJ•mol^-1．向體積為2L的密閉容器中充入2mol CO和4mol H₂，測(cè)得不同溫度下容器內(nèi)的壓強(qiáng)（P：kPa）隨時(shí)間（min）的變化關(guān)系如下左圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲線所示：
①Ⅱ和Ⅰ相比，改變的反應(yīng)條件是Ⅱ中使用催化劑．
②反應(yīng)Ⅰ在6min時(shí)達(dá)到平衡，在此條件下從反應(yīng)開始到達(dá)到平衡時(shí)v （CH₃OH）=0.125 mol/（L．min）．
③反應(yīng)Ⅱ在2min時(shí)達(dá)到平衡，平衡常數(shù)K（Ⅱ）=12．在體積和溫度不變的條件下，在上述反應(yīng)達(dá)到平衡Ⅱ時(shí)，再往容器中加入1mol CO和3mol CH₃OH后v（正）= v （逆）．（填“＞”“＜”“=”），原因是：濃度商Qc=$\frac{\frac{1.5+3}{2}}{\frac{1+0.5}{2}×0．{5}^{2}}$=12=K，可逆反應(yīng)處于平衡狀態(tài)．
④比較反應(yīng)Ⅰ的溫度（T₁）和反應(yīng)Ⅲ的溫度（T₃）的高低：T₁＞T₃（填“＞”“＜”“=”），判斷的理由是此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，反應(yīng)速率減慢，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)．

Answer 1

分析 ①Ⅱ和Ⅰ相比反應(yīng)速率加快，不影響平衡移動(dòng)，正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，應(yīng)是使用催化劑；
②恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，故平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為（2+4）mol×$\frac{1.0aKPa}{2.0aKPa}$=3mol，則：
           CO（g）+2H₂ （g）?CH₃OH（g）物質(zhì)的量減小△n=2
起始量（mol）：2      4          0 
變化量（mol）：1.5    3          1.5          6-3=3
平衡量（mol）：0.5    1          1.5
再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CH₃OH）；
③Ⅱ、Ⅰ溫度相同，平衡常數(shù)相同，根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
計(jì)算此時(shí)濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行；
④反應(yīng)Ⅲ達(dá)平衡時(shí)所用的時(shí)間比反應(yīng)Ⅰ達(dá)平衡時(shí)所用的時(shí)間長(zhǎng)，化學(xué)反應(yīng)速率快，且Ⅲ平衡時(shí)壓強(qiáng)比I小，與I相比平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為氣體體積減小放熱反應(yīng)，應(yīng)降低溫度．

解答 解：①Ⅱ和Ⅰ相比反應(yīng)速率加快，不影響平衡移動(dòng)，正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，應(yīng)是使用催化劑，
故答案為：Ⅱ中使用催化劑；
②恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，故平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為（2+4）mol×$\frac{1.0aKPa}{2.0aKPa}$=3mol，則：
            CO（g）+2H₂ （g）?CH₃OH（g）物質(zhì)的量減小△n=2
起始量（mol）：2       4           0
變化量（mol）：1.5     3                     1.5 6-3=3
平衡量（mol）：0.5     1           1.5
則v（CH₃OH）=$\frac{\frac{1.5mol}{2L}}{6min}$=0.125 mol/（L．min），
故答案為：0.125 mol/（L．min）；
③Ⅱ、Ⅰ溫度相同，平衡常數(shù)相同，平衡常數(shù)K（Ⅱ）=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{1.5}{2}}{\frac{0.5}{2}×（\frac{1}{2}）^{2}}$=12，
此時(shí)濃度商Qc=$\frac{\frac{1.5+3}{2}}{\frac{1+0.5}{2}×0．{5}^{2}}$=12=K，處于平衡狀態(tài)，則v（正）=v （逆），
故答案為：12；=，濃度商Qc=$\frac{\frac{1.5+3}{2}}{\frac{1+0.5}{2}×0．{5}^{2}}$=12=K，可逆反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；
④反應(yīng)Ⅲ達(dá)平衡時(shí)所用的時(shí)間比反應(yīng)Ⅰ達(dá)平衡時(shí)所用的時(shí)間長(zhǎng)，化學(xué)反應(yīng)速率快，且Ⅲ平衡時(shí)壓強(qiáng)比I小，與I相比平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為氣體體積減小放熱反應(yīng)，應(yīng)降低溫度，故溫度T₁溫度更高，
故答案為：＞；此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，反應(yīng)速率減慢，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡圖象、反應(yīng)速率與平衡常數(shù)等，理解掌握化學(xué)平衡常數(shù)應(yīng)用，難度中等．