Question

17．工業(yè)上采用CO和H₂合成再生能源甲醇，其反應(yīng)式為：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g），
（1）在一容積可變的密閉容器中，充有10molCO和20molH₂，用于合成甲醇，CO的平衡轉(zhuǎn)化率α與溫度T，壓強P關(guān)系如圖1，則上述反應(yīng)為放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”），平衡常數(shù)K_A、K_B、K_C的大小關(guān)系為K_A=K_B＞K_C．若平衡狀態(tài)A容器的體積為10L，則平衡狀態(tài)B時容器的體積為2 L
（2）圖2中虛線為該反應(yīng)在一定條件并使用催化劑條件下，起始H₂和CO投料比和CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．當(dāng)其他條件完全相同時，用實線畫出不使用催化劑情況下，起始H₂和CO投料比和CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，壓強一定時，隨溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動；
溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減��；
根據(jù)CO的轉(zhuǎn)化率計算平衡時A中各組分物質(zhì)的量，再根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算平衡常數(shù)，A、B兩點溫度相同，二者平衡常數(shù)相同，結(jié)合B中CO轉(zhuǎn)化率計算平衡時B中各組分物質(zhì)的量，再根據(jù)平衡常數(shù)計算平衡時B容器的容積；
（2）不使用催化劑情況下，反應(yīng)速率減慢，到達(dá)平衡時間變長，不影響平衡移動，平衡時CO轉(zhuǎn)化率不變．

解答 解：（1）由圖可知，隨溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
因B點與A點溫度相同，K不變，對于上述反應(yīng)溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小，所以A、B、C三點的平衡常數(shù)K_A=K_B＞K_C；
T₁時，A點對應(yīng)的α=0.5，則：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：10     20        0
變化量（mol）：5      10        5
平衡量（mol）：5      10        5
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{5}{10}}{\frac{5}{10}×（\frac{10}{10}）^{2}}$=1，A、B兩點溫度相同，二者平衡常數(shù)相同，
B中平衡時CO轉(zhuǎn)化率為0.8，則：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：10     20        0
變化量（mol）：8      16        8
平衡量（mol）：2      4         8
設(shè)平衡時B容器的容積為VL，則：$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）^{2}}$=1，解得V=2，
故答案為：放熱；K_A=K_B＞K_C；2；
（2）不使用催化劑情況下，反應(yīng)速率減慢，到達(dá)平衡時間變長，不影響平衡移動，平衡時CO轉(zhuǎn)化率不變，不使用催化劑情況下，起始H₂、CO投料比和CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系示意圖：，
故答案為：．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、平衡常數(shù)應(yīng)用、化學(xué)平衡影響因素等，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．