Question

12．研究和開(kāi)發(fā)CO₂和CO的創(chuàng)新利用是環(huán)境保護(hù)和資源利用雙贏(yíng)的課題．
CO可用于合成甲醇．在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，在體積為b L的密閉容器中充入a mol CO和2a mol H₂，在催化劑作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖：
（1）該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
（2）100℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)：K=$\frac{^{2}}{{a}^{2}}$（用含a、b的代數(shù)式表示）．若一個(gè)可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K值很大，對(duì)此反應(yīng)的說(shuō)法正確的是c（填序號(hào)）．
a．該反應(yīng)使用催化劑意義不大     
b．該反應(yīng)發(fā)生將在很短時(shí)間內(nèi)完成
c．該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)至少有一種反應(yīng)物百分含量很小  
d．該反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)
（3）在容積固定的容器中進(jìn)行反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），下列哪些情況能夠說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡ad
a．容器的總壓強(qiáng)不變     
b．v_正（CO）=v_正（CH₃OH）
c．混合氣體的密度保持不變  
d．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化
（4）在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入a mol CO、2a mol H₂，達(dá)到平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化率增大（填“增大”、“不變”或“減小”，下同），平衡常數(shù)不變．
（5）在某溫度下，向一容積不變的密閉容器中充入2.5mol CO、7.5mol H₂，反應(yīng)生成CH₃OH（g），達(dá)到平衡時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為90%，此時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)為開(kāi)始時(shí)壓強(qiáng)的0.55倍．
（6）為提高該反應(yīng)CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取哪些措施（至少寫(xiě)兩點(diǎn)）通入更多的H₂；增大體系的壓強(qiáng)．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，據(jù)此判斷；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，根據(jù)CO的轉(zhuǎn)化率，利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，進(jìn)而求出平衡時(shí)各組分的濃度，代入平衡常數(shù)計(jì)算；
可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)越大，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，不能說(shuō)明反應(yīng)速率快慢、不能說(shuō)明該反應(yīng)在通常條件下一定可以發(fā)生、不能說(shuō)明反應(yīng)是吸熱還是放熱；
（3）達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度保持不變的狀態(tài)，由此分析判斷；
（4）在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入a mol CO（g）、2a mol H₂（g），等效為在原平衡的基礎(chǔ)上增大一倍壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)；
化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，與濃度無(wú)關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
（5）計(jì)算參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量，利用差量法計(jì)算平衡時(shí)反應(yīng)混合物的物質(zhì)的量變化量，進(jìn)而計(jì)算平衡時(shí)總的物質(zhì)的量，利用恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比解答；
（6）反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）是放熱反應(yīng)，正反應(yīng)是氣體體積減少的反應(yīng)，所以可以通過(guò)通入更多的H₂；增大體系的壓強(qiáng)，來(lái)提高該反應(yīng)CO的轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
故答案為：放熱；
（2）100℃，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，所以參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為0.5amol．
           CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
開(kāi)始（mol）：a       2a           0      
變化（mol）：0.5a     a          0.5a
平衡（mol）：0.5a     a           0.5a
所以平衡時(shí)，CO的濃度為$\frac{0.5amol}{bL}$=$\frac{a}{2b}$mol/L，H₂的濃度為$\frac{a}$=mol/L，CH₃OH的濃度為$\frac{0.5amol}{bL}$=$\frac{a}{2b}$mol/L，100℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)k═$\frac{\frac{a}{2b}}{\frac{a}{2b}（\frac{a}）^{2}}$=$\frac{^{2}}{{a}^{2}}$，
a．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，不能說(shuō)明該反應(yīng)在通常條件下一定可以發(fā)生，該反應(yīng)可能需要催化劑才可以進(jìn)行，故a錯(cuò)誤；
b．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，不能說(shuō)明該條件下反應(yīng)速率很快，故b錯(cuò)誤；
c．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)至少有一種反應(yīng)物的百分含量很小，故c正確；
d．可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的程度很大，不能說(shuō)明該反應(yīng)是吸熱還是放熱，故d錯(cuò)誤，
故答案為：$\frac{^{2}}{{a}^{2}}$，c；
（3）a．容器的總壓強(qiáng)不變，說(shuō)明氣體的物質(zhì)的量不變反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；     
b．v_正（CO）=v_正（CH₃OH），都反映的正反應(yīng)方向，未體現(xiàn)正與逆的關(guān)系，故錯(cuò)誤；
c．混合氣體的密度一直保持不變，故錯(cuò)誤；  
d．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化，氣體的物質(zhì)的量不變，達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
故選：ad；
（4）在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入a mol CO（g）、2a mol H₂（g），等效為在原平衡的基礎(chǔ)上增大一倍壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，與濃度無(wú)關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，
故答案為：增大；不變；
（5）參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為2.5mol×90%=2.25mol，則：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）  物質(zhì)的量減少△n
1                               2
2.25mol                        4.5mol
故平衡時(shí)總的物質(zhì)的量為2.5mol+7.5mol-4.5mol=5.5mol，恒溫恒容下壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，故平衡時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)為開(kāi)始時(shí)壓強(qiáng)的 $\frac{5.5mol}{2.5mol+7.5mol}$=0.55倍，故答案為：0.55；
（6）反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）是放熱反應(yīng)，正反應(yīng)是氣體體積減少的反應(yīng)，所以可以通過(guò)通入更多的H₂；增大體系的壓強(qiáng)，來(lái)提高該反應(yīng)CO的轉(zhuǎn)化率，故答案為：通入更多的H₂；增大體系的壓強(qiáng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查平衡常數(shù)、化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡的影響因素及讀圖能力等，綜合性較大，難度中等，應(yīng)加強(qiáng)平時(shí)知識(shí)的積累，注意利用定一議二原則分析圖象．