Question

【題目】在工業(yè)上常用CO與H2合成甲醇，熱化學(xué)方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－574.4 kJ·mol－1。

（1）下圖是表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入5mol H2和一定量的CO后，CO和CH3OH（g）的濃度隨時(shí)間變化情況。反應(yīng)第10分鐘達(dá)到平衡，從反應(yīng)開始到平衡，用H2表示平均反應(yīng)速率v(H2)=__mol/(L·min），且反應(yīng)前后體系的壓強(qiáng)之比為____。

（2）在一容積可變的密閉容器中充有10 mol CO和20 mol H2。CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度(T)、壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖所示。

①A、B、C三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小關(guān)系為_____。

②若達(dá)到平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為10 L，則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積為__L。

Answer 1

【答案】0.15mol·L-1·min-1 7：4 KA＝KB>KC 2

【解析】

（1）根據(jù)圖1所示信息，根據(jù)v=c/t計(jì)算出v（CO）反應(yīng)速率，再根據(jù)速率之比和系數(shù)成正比計(jì)算出 v（H2）反應(yīng)速率；根據(jù)氣體的壓強(qiáng)之比等于氣體的物質(zhì)的量之比進(jìn)行計(jì)算。

（2）①平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，CO與H2反應(yīng)生成甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，據(jù)此進(jìn)行分析；

②根據(jù)在同一溫度下，平衡常數(shù)不變的規(guī)律，結(jié)合圖給信息進(jìn)行分析。

（1）由圖1可知，起始時(shí)CO為的濃度為1mol/L，反應(yīng)減小的CO的濃度為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min時(shí)達(dá)到平衡，則用CO表示的反應(yīng)速率為：0.75mol/L÷10min=0.075 mol·L-1·min-1，根據(jù)速率比和系數(shù)成正比可知，用H2表示平均反應(yīng)速率v(H2)=2v（CO）=2×0.075 mol·L-1·min-1= 0.15mol·L-1·min-1；由圖1可知，起始時(shí)CO為的濃度為1mol/L，容器的體積為2L，n（CO）=2mol；n（H2）=5mol；反應(yīng)達(dá)平衡后，n（CO）=0.25mol/L×2L=0.5mol，n（H2）=5mol-0.15mol·L-1·min-1×2L×10min=2mol；n( CH3OH )=0.75mol/L×2L=1.5mol；其它條件不變，氣體的壓強(qiáng)之比等于氣體的物質(zhì)的量之比，所以反應(yīng)前后體系的壓強(qiáng)之比為：（2+5）：（0.5+2+1.5）=7：4；

故答案是：0.15mol·L-1·min-1 ；7：4；

（2）①平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，CO與H2反應(yīng)生成甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則溫度升高，平衡常數(shù)減小，則KC<KA，A點(diǎn)與B點(diǎn)的溫度相同，KA=KB，所以三者的關(guān)系為KA＝KB>KC；

故答案是：KA＝KB>KC；

②若達(dá)到平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為10 L，狀態(tài)A與B的平衡常數(shù)相同，狀態(tài)A時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，則平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量是10mol×（1-0.5）=5mol，濃度是0.5mol/L；c（H2）=1mol/L，生成甲醇的物質(zhì)的量是5mol，濃度為0.5mol/L；所以平衡常數(shù)KA=1；設(shè)狀態(tài)B時(shí)容器的體積是VL，狀態(tài)B時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率是0.8，則平衡時(shí)，CO的物質(zhì)的量是2/Vmol/L，氫氣的物質(zhì)的量濃度是4/Vmol/L，生成甲醇的物質(zhì)的量濃度是8/Vmol/L，則KB=8/V÷[2/V×(4/V)2]=1，解得V=2；

答案是：2。