Question

【題目】甲醇是一種很好的燃料，工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應合成甲醇：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH

（1）判斷反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是(填字母序號， 下同)__________。

A．生成CH3OH的速率與消耗CO的速率相等

B．混合氣體的密度不變

C．混合氣體的平均相對分子質量不變

D．CH3OH、CO、H2的濃度都不再變化

（2）下表所列數(shù)據(jù)是反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)(K)。

溫度	250 °C	300 °C	350 °C
K	2.041	0.270	0.012

①由表中數(shù)據(jù)判斷ΔH__________0(填”＞”“＜ “或”=“)；

②某溫度下，將2 mol CO和6 mol H2充入2 L 的密閉容器中，充分反應后，達到平衡時測得c(CO)=

0.2 mol L1，則CO的轉化率為_______，此時的溫度為______________。

（3）要提高CO的轉化率，可以采取的措施是_______。

a．升溫 b．加入催化劑

c．增加CO的濃度 d．加入H2加壓

e．加入惰性氣體加壓 f．分離出甲醇

（4）300 °C，一定的壓強下，5mol CO與足量H2在催化劑的作用下恰好完全反應變化的熱量為454kJ。在該溫度時，在容積相同的3個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數(shù)據(jù)如下：

容器		甲	乙	丙
反應物投入量		1 mol CO、 2 mol H2	1 mol CH3OH	2 mol CH3OH
平衡時數(shù)據(jù)	CH3OH的濃度 / (mol L1)	c1	c2	c3
	反應的能量變化	a kJ	b kJ	c kJ
	體系壓強/ Pa	p1	p2	p3
	反應物的轉化率	α1	α2	α3

下列說法正確的是_________。

A．2 c1>c3 B．a+b<90.8

C．2p2 <p3 D．α1 +α3<l

（5）為了尋找合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件， 某同學設計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在下面實驗設計表中。

實驗編號	T/℃	n(CO)/n(H2)	p/MPa
1	150	1/3	0.1
2	a	1/3	5
3	350	b	5

①則上表中剩余的驗條件數(shù)據(jù)a=_________，b=_________。

②根據(jù)反應的特點，上圖是在壓強分別為0.1 MPa和5 MPa下CO的轉化率隨溫度變化的曲線圖，請指明圖中的壓強px=_________MPa。

Answer 1

【答案】（1）CD （2）①＜ ②80% 250℃ （3）df （4）D （5）①150 1/3 ②0.1

【解析】（1）判斷化學反應平衡狀態(tài)的基本依據(jù)是正、逆化學反應速率相等。A選項，生成CH3OH的速率和消耗CO的速率均為正反應速率，無法判斷正、逆反應速率的關系，錯誤；B選項，體系中氣體物質的總質量不變，體積不變，故密度不變，即反應過程中密度恒定，錯誤；C選項，體系中氣體混合物的質量不變，但反應過程中混合氣體的物質的量不斷變化，即平均相對分子質量不變時，說明各物質的物質的量不變，正、逆反應速率相等，C正確；D選項，各物質的濃度不變時，說明正、逆反應速率相等，D正確。

（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度升高，K減小，說明升溫平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應，ΔH＜0。②已知，起始時CO的濃度為：2mol/2L=l mol L1，H2的濃度為6 mol/2 L = 3 mol L1，平衡時CO的濃度為0.2 mol L1。故CO的濃度變化為1 mol L1 0.2mol L1=0.8 mol L1，CO的轉化率為(0.8 mol L1/1 mol L1)×100%=80%。

根據(jù)化學方程式計算：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

1 2 1

0.8 mol L1 2×0.8 mol L1

平衡時H2的濃度為c(H2)= 3 mol L1 2×0.8 mol L1 =1.4mol L1，平衡時CH3OH的濃度為c(CH3OH)= 0.8 mol·L1，K= (0.8 mol·L1 )/[(0.2 mol·L1)× (1.4 mol·L1)2]=2.04，與表中數(shù)握比較，得出反應度為250 ℃。

（3）升溫平衡向逆反應方向移動，a錯誤；催化劑不改變平衡狀態(tài)，b錯誤；增加CO的濃度，平衡向正向移動，但CO增加部分的轉化率小于原CO的轉化率，故總轉化率減小，c錯誤；加入H2，H2的濃度增大，平衡向正向移動，CO的轉化率增大，d對；加入惰性氣體，各物質的濃度不變，平衡不移動，e錯誤；分離出甲醇，生成物的濃度減小，平衡正向移動，CO的轉化率增大，f對。

（4）A選項，丙容器的初始反應物換算成CO和H2為2 mol CO 和4 mol H2，若甲、丙反應的轉化率相同，2c1=c3，由于丙的壓強大于甲的壓強，平衡正向移動，丙中CH3OH的轉化率大于甲，即2c1＜c3，選項錯誤；B選項，甲、乙兩平衡狀態(tài)相同，甲轉化放出的熱量和乙轉化吸收的熱量之和相當于甲或乙全部轉化的熱量變化，即a+b=454 kJ/5=90.8kJ，選項錯誤；C選項，若乙、丙中甲醇的轉化率相同，2p2=p3，丙中壓強大，壓強增大，甲醇的轉化率減小，故2p2＞p3，選項錯誤；D選項，α1+α2 = 1，而α2＞α3，故α1+α3＜l，選項正確。

（5）顯然該同學通過“控制變量法”探究外界條件對化學平衡的影響，探究的前提只能是改變一個條件，而其他條件不變，由此可得出a = 150，b=l/3。由于題給反應是一個氣體體積縮小的反應，壓強越大，CO的轉化率也大，由此可得px=0.1 MPa。