Question

工業(yè)上一般在密閉容器中采用下列反應合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
（1）不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖所示：
①該反應△H

 

0（填“＞”或“＜”，下同），△S

 

0，則該反應

 

（填“一定能”、“一定不能”或“不一定能”）自發(fā)進行．
②實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是

 

．
（2）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應后，達到平衡時測得c（CO）=0.1
mol?L^-1．
①該反應的平衡常數(shù)K=

 

．
②在其他條件不變的情況下，將容器體積壓縮到原來的

1

2

，與原平衡相比，下列有關說法正確的是

 

（填字母）．
a．H₂的濃度減小
b．正反應速率加快，逆反應速率也加快
c．甲醇的物質的量增加
d．重新平衡時，

n(H2)

n(CH3OH)

增大
③若保持同一反應溫度，將起始物質改為a mol CO、b mol H₂、c mol CH₃OH，欲使平衡混合物中各組成與原平衡相同，則a、b應滿足的關系為

 

．

Answer 1

考點：物質的量或濃度隨時間的變化曲線,化學平衡的影響因素

專題：化學平衡專題

分析：（1）①由圖象可知，壓強一定時，溫度越高CO的轉化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，據(jù)此判斷△H；根據(jù)反應前后氣體物質的量的變化判斷△S；根據(jù)△G=△H-T△S判斷反應自發(fā)性問題；
②由圖可知，在250℃、1.3×10⁴kPa左右，CO轉化率已較高（達90%左右），增大壓強CO轉化率提高不大，且生產(chǎn)成本增加；
（2）①利用三段式計算平衡時各組分的平衡濃度，再根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式計算；
②增大壓強，正、逆反應速率都增大，平衡向正反應方向，平衡時各組分的濃度都增大，據(jù)此判斷；
③各組成與原平衡相同說明為等效平衡，恒溫恒容，前后氣體體積變化，按化學計量數(shù)轉化到左邊，滿足對于物質的物質的量相等即可，據(jù)此解答a、b的關系．

解答： 解：（1）①由圖象可知，壓強一定時，溫度越高CO的轉化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，即△H＜0；
該反應正反應是氣體物質的量減小的反應，故熵減小，即△S＜0；
由△G=△H-T△S＜0，反應自發(fā)進行，可知該反應在低溫趨向自發(fā)進行，高溫下不能自發(fā)進行，該反應不一定自發(fā)進行，
故答案為：＜；＜；不一定能；
②由圖可知，在250℃、1.3×10⁴kPa左右，CO轉化率已較高（達90%左右），增大壓強CO轉化率提高不大，且生產(chǎn)成本增加，故實際生產(chǎn)條件控制在1.3×10⁴kPa左右，
故答案為：該壓強下，CO轉化率已較高（90%左右），再增大壓強CO轉化率提高不大，且生產(chǎn)成本增加；
（2）①2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，CO、H₂的起始濃度分別為

2mol

2L

=1mol/L，

6mol

2L

=3mol/L，充分反應后，達到平衡時測得c（CO）=0.1 mol/L，CO濃度變化為1mol/L-0.1mol/L=0.9mol/L，則：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃0H（g）
開始（mol/L）：1       3        0
變化（mol/L）：0.9     1.8      0.9
平衡（mol/L）：0.1     1.2      0.9
故該溫度下，該反應的平衡常數(shù)k=

0.9mol/L

0.1mol/L?(1.2mol/L)2

=6.25，故答案為：6.25；
②a．增大壓強，平衡時氫氣的濃度增大，故a錯誤；
b．增大壓強，反應物、生成物的濃度都增大，故正、逆反應速率都加快，故b正確；
c．增大壓強平衡向正反應方向移動，甲醇的物質的量增加，故c正確；
d．增大壓強平衡向正反應方向移動，氫氣的物質的量減小、甲醇的物質的量增大，故重新平衡時

n(H2)

n(CH3OH)

減小，故d錯誤，
故答案為：bc；
③各組成與原平衡相同說明為等效平衡，恒溫恒容，前后氣體體積變化，按化學計量數(shù)轉化到左邊，滿足對于物質的物質的量相等即可，所以有：a+c=2，b+2c=6，整理得b=2+2a，故答案為：a+c=2和b+2c=6．

點評：本題綜合性較大，涉及化學反應自發(fā)性判斷、化學平衡常數(shù)、化學平衡影響因素、等效平衡計算等，（2）③注意等效思想的運用．