Question

【題目】工業(yè)上可利用CO或CO2來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示：

化學(xué)反應(yīng)	平衡常數(shù)	溫度
		500℃	700℃	800℃
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)	K1	2.5	0.34	0.15
②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)	K2	1	1.7	2.52
③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)	K3

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）判斷反應(yīng)①是________(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)

（2）據(jù)據(jù)反應(yīng)①與反應(yīng)②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3 =________(用K1、K2表示)

（3）某溫度下反應(yīng)①式中各物質(zhì)的平衡濃度符合下式：20c(CH3OH) = 3c(CO)·c2(H2)，試判斷此時(shí)的溫度為________。

（4）500℃時(shí)測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度分別為0.4 mol·L-1、1 mol·L-1、0.5 mol·L-1、0.4 mol·L-1，則此時(shí)ν(正)________ν(逆)(填“＞”、“=”或“＜”)。

（5）一定條件下將H2(g)和CO2(g)以體積比3:1置于恒溫恒容的密閉容器發(fā)生反應(yīng)③，下列能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的有_____________

A．體系密度保持不變

B．H2和CO2的體積比保持不變

C．混合氣體的平均相對(duì)分子量不變時(shí)，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)

D．當(dāng)破壞CO2中2個(gè)碳氧雙鍵，同時(shí)破壞H2O 中的2個(gè)氧氫鍵，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)

（6）若500℃時(shí)在2L密閉容器中加入2molH2和amolCO2進(jìn)行②的反應(yīng)，反應(yīng)5min后達(dá)到平衡，平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，求a =________mol，用H2表示該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的平均反應(yīng)速率ν(H2) =________mol·L-1·min-1

Answer 1

【答案】 放熱 K1×K2 800 ℃ ＜ C、D 1 0.05

【解析】(1)反應(yīng)①中升高溫度，平衡常數(shù)減小，說(shuō)明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；

(2)反應(yīng)③3H2(g)+CO2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)是氣體體積減小的反應(yīng)△S＜0，依據(jù)反應(yīng)①+②得到反應(yīng)③，所以平衡常數(shù)K3=K1×K2，故答案為：K1K2；

(3)20c(CH3OH) = 3c(CO)·c2(H2)變形為=K==0.15，說(shuō)明溫度為800℃，故答案為：800 ℃；

(4)在500℃測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度分別為0.4 mol·L-1、1 mol·L-1、0.5 mol·L-1、0.4 mol·L-1， Q==3.125＞K=K1×K2=2.5，反應(yīng)逆向進(jìn)行，V正＜V逆，故答案為：＜；

(5)A．反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量和體積均不變，體系密度始終保持不變，不能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；B．根據(jù)方程式，H2和CO2的體積比始終保持3:1不變，不能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；C．反應(yīng)后其他的物質(zhì)的量減小，質(zhì)量不變，混合氣體的平均相對(duì)分子量增大，當(dāng)平均相對(duì)分子量不變時(shí)，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；D．當(dāng)破壞CO2中2個(gè)碳氧雙鍵，同時(shí)破壞H2O 中的2個(gè)氧氫鍵，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；故選CD；

(6) H2(g) + CO2(g) H2O(g) + CO(g)

起始(mol)2 a 0 0

反應(yīng)

平衡 1-

則K= =1，解得a=1，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為0.5mol，濃度為0.25mol/L，用H2表示該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的平均反應(yīng)速率ν(H2) ==0.05mol·L-1·min-1，故答案為：1；0.05。