Question

【題目】(1)參考合成反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數(shù)，回答下列問題：

溫度/℃	0	50	100	200	300	400
平衡常數(shù)	667	100	13	1.9×10-2	2.4×10-4	1×10-5

①該反應(yīng)正反應(yīng)是___________（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)；

②在T℃時，1L密閉容器中，投入0.1molCO和0.2molH2，達到平衡時，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則T=__________℃。

(2)CH3OH也可由CO2和H2合成。在體積為1L的密閉容器中，充入lmolCO2和3molH2，一定條件下反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0kJ/mol，測得CO2和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖所示。

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=________；從反應(yīng)開始到10min，v(H2)=______mol·L-1·min-1；

②下列情況能說明該反應(yīng)一定達到平衡狀態(tài)的是___________(填字母)

A.v(CO2)消耗=v(CH3OH)生成

B.氣體的密度不再隨時間改變

C.CO2和CH3OH的濃度之比不再隨時間改變

D.氣體的平均相對分子質(zhì)量不再隨時間改變

③為了加快化學(xué)反應(yīng)速率且使體系中氣體的物質(zhì)的量增大，只改變下列某一條件，可采取的措施有___________ (填字母)

A.升高溫度 B.縮小容器體積 C.再充入CO2氣體 D.使用合適的催化劑

④相同溫度下，在另一個容積為1 L的密閉容器中充入2mol CH3OH(g)和2molH2O(g)，達到平衡時CO2的濃度____________(填“＞”、“＜”或“=”)0.25mol·L-1。

Answer 1

【答案】放熱 50 0.225 CD AC ＞

【解析】

(1)①根據(jù)溫度與化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系，結(jié)合平衡移動原理分析；

②根據(jù)CO的平衡轉(zhuǎn)化率計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)，結(jié)合表格數(shù)據(jù)判斷反應(yīng)進行的溫度；

(2)①根據(jù)平衡常數(shù)的含義書寫表達式，先根據(jù)圖象計算v(CO2),然后根據(jù)反應(yīng)速率與化學(xué)計量數(shù)關(guān)系計算從反應(yīng)開始到10min的v(H2)；

②根據(jù)可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時各種物質(zhì)的濃度不變，含量不變，正逆反應(yīng)速率不變分析；

③根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素和化學(xué)平衡影響因素分析判斷；

④根據(jù)等效平衡分析判斷。

(1)①根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知：升高溫度，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)降低，說明：升高溫度化學(xué)平衡逆向移動，由于升高溫度化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

②在T℃時，在1L密閉容器中，投入0.1molCO和0.2molH2，發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，達到平衡時，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則反應(yīng)的CO物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L，則同時反應(yīng)消耗H2的濃度為0.1mol/L，反應(yīng)產(chǎn)生的CH3OH(g)濃度為0.05mol/L，則平衡時c(CO)=0.05mol/L，c(H2)=0.1mol/L，則該溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)K==100，根據(jù)溫度與化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系可知：反應(yīng)溫度為50℃；

(2)①化學(xué)平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，各種生成物濃度冪之積與各種反應(yīng)物濃度冪之積的比，對于反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，其平衡常數(shù)表達式為K=；從反應(yīng)開始到10min，v(CO2)==0.075mol/(L·min)，由于反應(yīng)用不同物質(zhì)表示反應(yīng)速率，速率比等于化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)的比，所以從反應(yīng)開始到10min，v(H2)=3v(CO2)=0.225mol/(L·min)；

②A.v(CO2)消耗 =v(CH3OH)生成表示的是反應(yīng)正向進行，不能說明為平衡狀態(tài)，A錯誤；

B.容器的容積不變，反應(yīng)混合物都是氣體，在任何條件下氣體的密度都不變，因此不能根據(jù)氣體的密度不再隨時間改變判斷反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，B錯誤；

C.CO2和CH3OH的濃度之比不再隨時間改變，說明反應(yīng)混合物中任何物質(zhì)的濃度不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，C正確；

D.反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，而氣體的物質(zhì)的量改變，若反應(yīng)混合物中，氣體的平均相對分子質(zhì)量不再隨時間改變，說明氣體的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，D正確；

故合理選項是CD；

③A.升高溫度化學(xué)反應(yīng)速率增大，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動，氣體的物質(zhì)的量增大，A符合題意；

B.縮小容器體積物質(zhì)的濃度增大，反應(yīng)速率加快，反應(yīng)體系壓強也隨之增大，增大壓強，平衡向氣體體積減小的正反應(yīng)方向移動，氣體的物質(zhì)的量減小，B不符合題意；

C.再充入CO2氣體，即增大了反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率增大，化學(xué)平衡正向移動，總的來說氣體的物質(zhì)的量比原來增大，C符合題意；

D.使用合適的催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率加快，但化學(xué)平衡不發(fā)生移動，因此氣體的物質(zhì)的量不變，D不符合題意；

故合理選項是AC；

④對于反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，在體積為1L的密閉容器中，充入lmolCO2和3molH2，由于該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng)，所以其等效起始狀態(tài)為向該容器中加入1mol CH3OH(g)和1molH2O(g)，而現(xiàn)在是在另一個容積為1 L的密閉容器中充入2mol CH3OH(g)和2molH2O(g)，相當(dāng)于在1L密閉容器中加入1mol CH3OH(g)和1molH2O(g)，反應(yīng)達到平衡后再加入1mol CH3OH(g)和1molH2O(g)，所以達到新的平衡時CO2的濃度大于原平衡時的濃度0.25mol/L。