Question

2．甲醇是重要的化學工業(yè)基礎原料和液體燃料，工業(yè)上可利用CO或CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．已知甲醇制備的有關化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數(shù)如表所示：

化學反應	平衡常數(shù)	溫度（℃）
		500	800
①2H2（g）+CO（g）CH3OH（g）	K1	2.5	0.15
②H2（g）+CO2（g）H2O（g）+CO（g）	K2	1.0	2.50
③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	K3

（1）反應②是吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應．
（2）某溫度下反應①中H₂的平衡轉化率（a）與體系總壓強（P）的關系如圖1所示．則平衡狀態(tài)由A變到B時，平衡常數(shù)K_（A）= K_（B）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）判斷反應③△H＜0；△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”）
（4）在500℃、2L的密閉容器中，進行反應③，測得某時刻H₂、CO₂、CH₃OH、H₂O的物質的量分別為6mol、2mol、10mol、10mol，此時v_（正）＞ v_（逆） （填“＞”、“＜”或“=”）
（5）一定溫度下，在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應②，已知 c（CO）與反應時間t變化曲線Ⅰ如圖2所示，若在t₀時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ和曲線Ⅲ．當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ時，改變的條件是加入催化劑．當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時，改變的條件是將容器的體積快速壓縮至2L．
（6）用于汽車凈化的一個反應2NO（g）+2CO（g）═N₂（g）+2CO₂（g）在298K、100kPa下能（填“能”或“不能”） 自發(fā)進行，原因是△G=△H-T△S=-113.0 kJ•mol^-1-298 K×（-145.3 J•mol^-1•K^-1）×10^-3≈-69.7 kJ•mol^-1＜0，可以自發(fā)進行．已知：在298K、100kPa下該反應的△H=-113.0kJ•mol^-1，△S=-145.3J•mol^-1•K^-1．

Answer 1

分析 （1）分析圖表數(shù)據(jù)，反應②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，平衡正向進行，正反應是吸熱反應；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強變化分析；
（3）反應③是氣體體積減小的反應△S＜0，結合溫度變化分析判斷反應焓變△H＜0，
（4）依據(jù)反應①+②得到反應③，所以平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂；依據(jù)某時刻濃度商計算和平衡常數(shù)比較判斷反應進行的方向；
（5）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態(tài)，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時一氧化碳物質的量增大，反應是氣體體積不變的反應，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比，氣體物質的量不變；
（6）依據(jù)△G=△H-T△S計算判斷，若△G＜0，反應自發(fā)進行，若△G＞0，反應非自發(fā)進行；

解答 解：（1）分析圖表數(shù)據(jù)，反應②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，平衡正向進行，正反應是吸熱反應，
故答案為：吸熱；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強變化分析，圖象中平衡狀態(tài)由A變到B時，壓強改變，溫度不變，所以平衡常數(shù)不變，
故答案為：=；
（3）反應③3H₂（g）+CO₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）是氣體體積減小的反應△S＜0，結合溫度變化分析，隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，平衡逆向進行，所以判斷反應是放熱反應，焓變△H＜0，
故答案為：＜；＜；
（4）依據(jù)反應①+②得到反應③，所以平衡常數(shù)K₃=K₁×K₂；在500℃、2L的密閉容器中，進行反應③，測得某時刻H₂、CO₂、CH₃OH、H₂O的物質的量分別為6mol、2mol、10mol、10mol，Q=$\frac{5×5}{{3}^{3}×1}$=0.93＜K=2.5，反應正向進行，V正＞V逆；
故答案為：＞；
（5）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態(tài)，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時一氧化碳物質的量增大，反應是氣體體積不變的反應，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比，氣體物質的量不變，曲線Ⅰ，體積為3L，一氧化碳濃度為3mol/L，改變條件不好為曲線Ⅱ，一氧化碳濃度為4.5mol/L，則體積壓縮體積為：3：V=4.5：3，V=2L，所以將容器的體積快速壓縮至2L符合；
故答案為：加入催化劑；將容器的體積快速壓縮至2L；
（6）已知：在298K、100kPa下該反應的△H=-113.0kJ•mol^-1，△S=-145.3J•mol^-1•K^-1，△G=△H-T△S=-113.0 kJ•mol^-1-298 K×（-145.3 J•mol^-1•K^-1）×10^-3≈-69.7 kJ•mol^-1＜0，反應自發(fā)進行，
故答案為：能，△G=△H-T△S=-113.0 kJ•mol^-1-298 K×（-145.3 J•mol^-1•K^-1）×10^-3≈-69.7 kJ•mol^-1＜0，可以自發(fā)進行．

點評 本題考查了化學平衡影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計算和影響條件的應用，反應自發(fā)進行的判斷依據(jù)，題目綜合性較大，難度中等．