Question

甲醇是重要的化工原料和清潔液體燃料．工業(yè)上可利用CO或CO₂來(lái)生產(chǎn)甲醇．甲醇制備的相關(guān)信息如表：

化學(xué)反應(yīng)及平衡常數(shù)		平衡常數(shù)數(shù)值
		500℃	800℃
①2H2O（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	2.5	0.375

（l）反應(yīng)①是

 

反應(yīng)（選填“吸熱”“放熱”）．
（2）請(qǐng)寫(xiě)出反應(yīng)③的平衡常數(shù)表達(dá)式K₃=

 

． 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（mol/L）分別為0.8、0.1、0.3、0.15，此時(shí)v_正

 

v_逆（選填“＞”“＜”“=”）
（3）若某溫度下反應(yīng)①?gòu)拈_(kāi)始到平衡CO和CH₃OH的濃度變化如圖一所示，則用H₂濃度變化表示此段時(shí)間內(nèi)該反應(yīng)的平均速v（H₂）

 

，在3min內(nèi)CO的轉(zhuǎn)化率為多少

 

，若某溫度下反應(yīng)①中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強(qiáng)（P）的關(guān)系如圖二所示，則平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，平衡常數(shù)K（_A）

 

K（_B）（選填“＞”“＜”“=”）．

（4）一定溫度下，在體積固定的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，可判斷該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的是

 

．（用相應(yīng)字母表示）
A．容器中總壓強(qiáng)不變       
B．混臺(tái)氣體的平均摩爾質(zhì)量不變
C．混合氣體的密度不變     
D．CO₂（g）或CO（g）的濃度不變．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：

分析：（1）分析圖表數(shù)據(jù)，反應(yīng)①平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)指一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)各生成濃度的系數(shù)次冪的乘積與各反應(yīng)物濃度的系數(shù)次冪的乘積的比值；
依據(jù)某時(shí)刻濃度商計(jì)算和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（3）根據(jù)甲醇的濃度變化計(jì)算出反應(yīng)速率，利用計(jì)量數(shù)之比等于反應(yīng)速率之比，得到答案；在3min內(nèi)CO濃度由1.00mol/L減少到0.50mol/L，；平衡常數(shù)隨溫度變化；
（4）依據(jù)化學(xué)平衡標(biāo)志分析判斷，正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變分析選項(xiàng)．

解答： 解：（1）分析圖表數(shù)據(jù)，反應(yīng)①平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
（2）反應(yīng)③3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K₃=

c(CH3OH)?c(H2O)

c3(H2)?c(CO2)

；
在500℃、2L的密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)③，測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)刻，H₂（g）、CO₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O （g）的濃度（mol/L）分別為0.8、0.1、0.3、0.15，Q=

c(CH3OH)?c(H2O)

c3(H2)?c(CO2)

=

0.15×0.3

0．83×0.1

=0.88＜K₃=2.5，反應(yīng)正向進(jìn)行，V正＞V逆，
故答案為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c3(H2)?c(CO2)

；＞；
（3）甲醇濃度變化為0.75mol/L，反應(yīng)速率為

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比，則氫氣反應(yīng)速率為甲醇反應(yīng)速率的3倍，故氫氣的反應(yīng)速率為：2×0.075mol/（L?min）=0.15mol/（L?min）；
在3min內(nèi)CO濃度由1.00mol/L減少到0.50mol/L，其轉(zhuǎn)化率為

1.00mol/L-0.50ml/L

1.00mol/L

×100%=50%；
若某溫度下反應(yīng)①中H₂的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強(qiáng)（P）的關(guān)系如圖二所示，則平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強(qiáng)變化，則平衡常數(shù)K_（A）=K_（B）；
故答案為：0.15mol/（L?min）；50%；=；
（4）H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g），反應(yīng)是氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，
A．反應(yīng)前后氣體體積不變，容器中總壓強(qiáng)不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，物質(zhì)的量不變，混臺(tái)氣體的平均摩爾質(zhì)量始終不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量體積不變，混合氣體的密度不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．CO₂（g）或CO（g）的濃度不變是平衡標(biāo)志，能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：D．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡影響因素，平衡常數(shù)計(jì)算分析判斷，平衡狀態(tài)的標(biāo)志等，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．