Question

9．工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應(yīng)合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
（1）判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是bc（填標(biāo)號）．
a．消耗CO的速率與生成CH₃OH的速率相等  
b．氣體的壓強(qiáng)不再改變  
c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變  
d．CH₃OH、CO、H₂的濃度相等
（2）下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．
①由表中數(shù)據(jù)判斷該反應(yīng)的△H＜（填“＞”、“=”或“＜”）
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)10min 后，達(dá)到平衡時測得c（CO）=0.2mol•L^-1，則以CH₃OH表示該過程中平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=0.08mol•（L•mol）^-1；CO的平衡轉(zhuǎn)化率為80%．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

（3）在250℃時，某時刻測得該溫度下該密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度見下表：

CO	H2	CH3OH
0.5mol•L-1	2mol•L-1	6mol•L-1

此時反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系是：v（正）＞（填“＞”、“＜”或“=”）v（逆）．
（4）如圖所示，甲為恒容密閉容器，乙為恒壓密閉容器．在甲乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的H₂和CO₂，使甲、乙兩容器初始容積相等．在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），并維持反應(yīng)過程中溫度不變．已知甲容器中CO的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的曲線如圖所示，請在圖2中畫出乙容器CO的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的曲線．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
（2）①升高溫度，平衡向吸熱方向移動，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，升高溫度，平衡常數(shù)減小，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
②先計算CO平均反應(yīng)速率，再根據(jù)同一可逆反應(yīng)中同一段時間內(nèi)反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比計算甲醇反應(yīng)速率；CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{參加反應(yīng)的CO物質(zhì)的量}{CO總物質(zhì)的量}×100%$；
（3）先計算濃度商，根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)相對大小確定平衡移動方向，從而確定正逆反應(yīng)速率相對大�。�
（4）甲為恒容密閉容器，乙為恒壓密閉容器，隨著反應(yīng)進(jìn)行，氣體總物質(zhì)的量減小，所以甲中壓強(qiáng)逐漸減小，乙為恒壓，比甲壓強(qiáng)大，所以乙中反應(yīng)速率大于甲，達(dá)到平衡狀態(tài)時乙中CO轉(zhuǎn)化率大于甲，且反應(yīng)達(dá)到平衡的時間比甲短．

解答 解：（1）a．無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)都存在消耗CO的速率與生成CH₃OH的速率相等，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；  
b．反應(yīng)前后氣體計量數(shù)之和減小，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，氣體總物質(zhì)的量不變，所以氣體的壓強(qiáng)不再改變，可以據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故正確；  
c．反應(yīng)氣體物質(zhì)的量之和減小，其平均相對分子質(zhì)量增大，當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變  
時正逆反應(yīng)速率相等，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
d．CH₃OH、CO、H₂的濃度相等時該反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，與反應(yīng)物濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
故選bc；
（2）①由表中數(shù)據(jù)知，升高溫度平衡常數(shù)減小，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則焓變小于0，故答案為：＜；
②開始時c（CO）=$\frac{2mol}{2L}$=1mol/L，v（CO）=$\frac{1-0.2}{10}$mol/（L．min）=0.08 mol/（L•min），同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比，所以甲醇反應(yīng)速率為0.08 mol/（L．min）；
平衡時n（CO）=0.2mol/L×2L=0.4mol，則CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{（2-0.4）mol}{2mol}$×100%=80%，
故答案為：0.08；80%；
（3）濃度商=$\frac{6}{0.5×{2}^{2}}$=3＞2.041，則該反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動，所以v（正）＜v（逆），故答案為：＜；
（4）甲為恒容密閉容器，乙為恒壓密閉容器，隨著反應(yīng)進(jìn)行，氣體總物質(zhì)的量減小，所以甲中壓強(qiáng)逐漸減小，乙為恒壓，比甲壓強(qiáng)大，所以乙中反應(yīng)速率大于甲，達(dá)到平衡狀態(tài)時乙中CO轉(zhuǎn)化率大于甲，且反應(yīng)達(dá)到平衡的時間比甲短，所以乙的圖象為，故答案為：．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、化學(xué)平衡影響因素、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷等知識點，為高頻考點，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及計算能力，只有反應(yīng)前后改變的物理量才能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，注意濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)判斷反應(yīng)平衡移動方向的方法，題目難度中等．