Question

5．煤可以通過氣化和液化轉變?yōu)榍鍧嵞茉床⑻岣呷紵�效率．氣化得到的CO和H₂可以進一步液化合成甲醇，反應方程式為：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）

（1）該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$．
（2）一定條件下，將1mol CO和2mol H₂置于容積為2L固定的密閉容器中發(fā)生上述反應，25min后達到平衡時H₂的物質的量為1mol，則此時CH₃OH（g）的物質的量濃度為0.25 mol/L，平衡常數(shù)
K=4，CO的平均速率是0.01mol/（L•min）．下列說法中能說明反應已達到平衡狀態(tài)的是A．
A．混合氣體的平均摩爾質量不變      B．CO的消耗速率等于甲醇的消耗速率
C．CO和H₂的物質的量均保持不變    D．混合氣體的密度不變
（3）圖1表示CO的轉化率與溫度、壓強之間的關系，圖2表示CO的轉化率與起始投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$、溫度的變化關系，曲線I、Ⅱ、Ⅲ對應的溫度分別為T₁、T₂、T₃，則T₁、T₂、T₃的大小關系為T₁＜T₂＜T₃，理由由圖1知，在一定壓強下，溫度升高，CO轉化率降低，正反應放熱；由圖2知，在投料比一定時，曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應的轉化率依次降低，因此溫度依次升高．測得B（X，60）點氫氣的轉化率為20%，則X=6．

Answer 1

分析 （1）平衡常數(shù)等于平衡時生成物濃度冪之積比反應物濃度冪之積；
（2）依據(jù)平衡三段式列式計算平衡濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積進行計算；
化學反應達到化學平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，且不等于0，各物質的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進行判斷，得出正確結論；
（3）分析圖象1變化可知：在一定壓強下，溫度越高，一氧化碳轉化率越小，升溫平衡逆向進行，正反應為放熱反應；
分析圖象2變化可知：在投料比一定時，曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應的轉化率依次降低，因此溫度依次升高；
設起始量氫氣為x，一氧化碳物質的量為y，依據(jù)轉化率，結合方程式進行計算；

解答 解：（1）平衡常數(shù)等于平衡時生成物濃度冪之積比反應物濃度冪之積，所以KK=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（2）一定條件下，將1mol CO和2mol H₂置于容積為2L固定的密閉容器中發(fā)生上述反應，反應達到平衡時H₂的物質的量為1mol，
則            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L） $\frac{1}{2}$      $\frac{2}{2}$        0
變化量（mol/L） 0.25   0.5      0.25
平衡量（mol/L） 0.25   0.5      0.25
故CH₃OH（g）的物質的量濃度為0.25 mol/L；
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.25}{0.25×0．{5}^{2}}$=4；v（CO）=$\frac{0.25mol/L}{25min}$=0.01mol/（L•min）；
A．平均摩爾質量=$\frac{總質量}{總物質的量}$，總質量不變，總物質的量會變，故混合氣體的平均摩爾質量不變說明達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．一氧化碳的消耗速率是正反應速率，甲醇的生成速率乙是正反應速率，故不能說明達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．CO和H₂的物質的量之比始終為1：2，故兩者物質的量之比保持不變不能說明達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．密度=$\frac{總質量}{體積}$，總質量不變，體積不變，故混合氣體的密度不變不能說明達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故能說明反應已達到平衡狀態(tài)的是A；
故答案為：0.25 mol/L；4；0.01mol/（L•min）；A；
（3）分析圖象1變化可知：在一定壓強下，溫度越高，一氧化碳轉化率越小，升溫平衡逆向進行，正反應為放熱反應；
分析圖象2變化可知：在投料比一定時，曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應的轉化率依次降低，因此溫度依次升高；故T₁＜T₂＜T₃，
設起始量氫氣為x，一氧化碳物質的量為y；
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
y       x          0
0.6y   0.2x       
則0.6y：0.2x=1：2
x：y=6，故X=6，
故答案為：T₁＜T₂＜T₃；由圖1知，在一定壓強下，溫度升高，CO轉化率降低，正反應放熱；由圖2知，在投料比一定時，曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應的轉化率依次降低，因此溫度依次升高；6．

點評 本題考查蓋斯定律的計算應用，化學平衡圖象分析、平衡常數(shù)的計算及化學平衡的影響因素，難度較大．