Question

13．（Ⅰ）甲醇是一種新型的汽車動(dòng)力燃料，工業(yè)上可通過(guò)CO和H₂化合來(lái)制備甲醇． 某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應(yīng)（△H＜0），在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1molCO和 2molH₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計(jì)）后在250°C開始反應(yīng)，并用壓力計(jì)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25
壓強(qiáng)/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

（1）從反應(yīng)開始到20min時(shí)，以CO表示的平均反應(yīng)速率=0.0125mol/（L•min），
（2）該溫度下平衡常數(shù)K=4（mol/L）^-2，，若升高溫度則K值減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）；
（3）下列描述中能說(shuō)明上述反應(yīng)已達(dá)平衡的是BC；
A．2v （H₂）_正=v （CH₃OH）_逆
B．容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變
C．容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變
D．單位時(shí)間內(nèi)生成 n molCO 的同時(shí)生成 2n molH₂
（Ⅱ）在450℃并有催化劑存在下，于一容積恒定的密閉容器內(nèi)進(jìn)行下列反應(yīng)：

2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ•mol^-1
（1）該反應(yīng)500℃時(shí)的平衡常數(shù)＜450℃時(shí)的平衡常數(shù)（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）450℃時(shí)，在一2L密閉容器中，將二氧化硫和氧化混合，反應(yīng)過(guò)程中SO₂、O₂、SO₃物質(zhì)的量變化如圖，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)的時(shí)間是15～20 min和25～30 min．
（3）據(jù)圖判斷，反應(yīng)進(jìn)行至20min時(shí)，曲線發(fā)生變化的原因是增大O₂濃度（通入O₂）；（用文字表達(dá)），10min到15min的曲線變化的原因可能是AB（填字母）．
A．加了催化劑  B．縮小容器體積   C．降低溫度   D．增加SO₃物質(zhì)的量
（4）欲提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是b．（填字母）
a．向裝置中再充入N₂        b．向裝置中再充入O₂
c．改變反應(yīng)的催化劑        d．升高溫度．

Answer 1

分析 （I）由表中數(shù)據(jù)可知，20min反應(yīng)到達(dá)平衡，恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為（1+2）mol×$\frac{8.4mol}{12.6mol}$=2mol，則：
           CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 物質(zhì)的量減小△n=2
起始量（mol）：1      2         0
變化量（mol）：0.5    1         0.5          3-2=1
平衡量（mol）：0.5    1         0.5
（1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO）；
（2）根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小；
（3）可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說(shuō)明到達(dá)平衡；
（Ⅱ）（1）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減�。�
（2）可逆反應(yīng)得到平衡時(shí)，反應(yīng)各組分的物質(zhì)的量不變；
（3）由圖可知，20min時(shí)平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，瞬間只有氧氣的濃度增大；
反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，10min到15min反應(yīng)混合物單位時(shí)間內(nèi)的變化量增大，說(shuō)明反應(yīng)速率增大，10min改變瞬間，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變；
（4）提高二氧化硫轉(zhuǎn)化率，改變條件使平衡正向進(jìn)行，但不能只增大二氧化硫的濃度．

解答 解：（I）由表中數(shù)據(jù)可知，20min反應(yīng)到達(dá)平衡，恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為（1+2）mol×$\frac{8.4mol}{12.6mol}$=2mol，則：
           CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 物質(zhì)的量減小△n=2
起始量（mol）：1       2        0
變化量（mol）：0.5     1        0.5           3-2=1
平衡量（mol）：0.5     1        0.5
（1）從反應(yīng)開始到20min時(shí)，以CO表示的平均反應(yīng)速率v（CO）=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{20min}$=0.0125mol/（L•min），
故答案為：0.0125mol/（L•min）；
（2）該溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{\frac{0.5mol}{2L}×（\frac{1mol}{2L}）^{2}}$=4（mol/L）^-2，
正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，
故答案為：4（mol/L）^-2；減�。�
（3）A．應(yīng)是v （H₂）_正=2v （CH₃OH）_逆時(shí)，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡，故A錯(cuò)誤；
B．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量進(jìn)行，容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量減小，當(dāng)平均摩爾質(zhì)量保持不變時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故B正確；
C．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，當(dāng)容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡，故C正確；
D．單位時(shí)間內(nèi)生成 n molCO 的同時(shí)生成 2n molH₂，均表示逆反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進(jìn)行，故D錯(cuò)誤，
故選：BC；
（Ⅱ）（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ•mol^-1，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，所以該反應(yīng)500℃時(shí)的平衡常數(shù)小于該反應(yīng)400℃時(shí)的平衡常數(shù)，故答案為：＜；
（2）反應(yīng)混合物各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變化，說(shuō)明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，由圖可知在15-20min和25～30 min出現(xiàn)平臺(tái)，各組分的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故答案為：15-20min和25～30 min；
（3）由圖可知，反應(yīng)進(jìn)行至20min時(shí)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，瞬間只有氧氣的濃度增大，應(yīng)是增大O₂濃度（通入O₂）；
由圖可知，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，10min到15min反應(yīng)混合物單位時(shí)間內(nèi)的變化量增大，說(shuō)明反應(yīng)速率增大，10min改變瞬間，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，
A．加了催化劑，增大反應(yīng)速率，故A正確；
B．縮小容器體積，增大壓強(qiáng)，增大反應(yīng)速率，故B正確；
C．降低溫度反應(yīng)速率降低，故C錯(cuò)誤；
D．10min改變瞬間，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，不是增加SO₃的物質(zhì)的量，故D錯(cuò)誤；
故答案為：增大O₂濃度（通入O₂）；AB；
（4）a．向裝置中再充入N₂，恒溫恒容容器，總壓增大，分壓不變，平衡不動(dòng)，故a不符合；
b．兩種反應(yīng)物增加一種會(huì)提高另一種的轉(zhuǎn)化率，向裝置中再充入O₂，二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大，故b符合；
c．改變反應(yīng)的催化劑，改變反應(yīng)速率但不改變化學(xué)平衡，故二氧化硫轉(zhuǎn)化率不變，故c不符合；
d．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向進(jìn)行，二氧化硫轉(zhuǎn)化率減小，故d不符合；
故答案為：b．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、反應(yīng)速率計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)、化學(xué)平衡圖象等，注意判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說(shuō)明到達(dá)平衡．