Question

在恒溫恒容的密閉容器中，工業(yè)上常用反應①制備甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁＜0；其中的原料氣常用反應②來制備：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₂．根據題意完成下列各題：
（1）判斷反應①達到平衡狀態(tài)的標志是

 

（填字母）．
a．CO體積分數保持不變      
b．CO和CH₃OH濃度相等
c．容器中氣體的壓強不變     
d．CH₃OH的生成速率與CO的消耗速率相等
e．容器中混合氣體的密度保持不變
（2）欲提高反應①CO中的轉化率，下列措施可行的是

 

（填字母）．
a．向裝置中再充入N₂   
b．升高溫度
c．改變反應的催化劑         
d．向裝置中再充入H₂
（3）一定條件下，反應②中CH₄的平衡轉化率與溫度的關系如圖所示．則△H₂

 

0（填“＜”、“＞”或“=”）．在T℃時的1L密閉容器中，充入1mol CH₄和3mol H₂O（g），發(fā)生反應②，經過5min達到平衡，此時CH₄的轉化率為50%，則從開始到平衡，H₂的平均反應速率為

 

，T℃時該反應的平衡常數為

 

；
（4）若向此1L密閉容器中，加入1mol CH₄、5mol H₂O（g）、1mol CO和3mol H₂，發(fā)生反應②，若溫度仍為T℃，此時v（正）

 

v（逆）（填“＜”、“＞”或“=”）．若改變反應溫度，達到新平衡時，

 

mol＜n（H₂O）＜

 

mol．

Answer 1

考點：化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的影響因素,轉化率隨溫度、壓強的變化曲線

專題：化學平衡專題

分析：（1）平衡標志是反應的正逆反應速率相同，各組分濃度保持不變
（2）欲提高反應①CO中的轉化率，改變條件使平衡正向進行分析；
（3）依據圖象變化分析甲烷轉化率隨溫度升高增大，說明平衡正向進行，正反應是吸熱反應，依據化學平衡三段式列式，結合反應速率和平衡常數概念計算；
（4）計算濃度商和平衡常數比較確定反應進行的方向，溫度變化，平衡發(fā)生移動，依據極值方法分析判斷水蒸氣的物質的量數值范圍．

解答： 解：（1）恒溫恒容的容器內進行反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
a．平衡狀態(tài)各組分的含量不變，CO體積分數保持不變，證明反應達到平衡，故a正確；
b．甲醇和一氧化碳的起始量和消耗量決定，容器中甲醇濃度與CO濃度相等不能證明反應達到平衡，故B錯誤；
c．反應前后是氣體體積減小的反應，容器中氣體的壓強不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故c正確
d．化學反應速率之比等于化學方程式中計量數之比，CH₃OH的生成速率與CO的消耗速率相等，說明甲醇和一氧化碳正反應速率相同，反應正向進行不能說明反應達到平衡，故d錯誤；
e．容器中混合氣體的密度保持不變，混合氣體的密度=

氣體質量

氣體體積

，反應過程中氣體質量守恒，容器體積相同，密度不變，不能證明反應達到平衡，故e錯誤；
故答案為：ac；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
a．向裝置中再充入N₂，恒溫恒容條件下，體系總壓增大，分壓不變，平衡不動，故a不符合；
b．反應是放熱反應，升高溫度平衡那你想進行，轉化率減小，故b不符合；
c．改變反應的催化劑，改變反應速率，不能改變化學平衡，轉化率不變，故c不符合；
d．向裝置中再充入H₂，提高一氧化碳轉化率，故d正確；
故答案為：d；
（3）圖象變化分析甲烷轉化率隨溫度升高增大，說明平衡正向進行，正反應是吸熱反應，△H＞0，在T℃時的1L密閉容器中，充入1mol CH₄和3mol H₂O（g），發(fā)生反應②，經過5min達到平衡，此時CH₄的轉化率為50%，則
              CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol） 1         3        0       0
變化量（mol）0.5        0.5     0.5     1.5
平衡量（mol）0.5       2.5      0.5      1.5
H₂的平均反應速率=

1.5mol 1L

5min

=0.3mol/L?min；
平衡常數K=

( 1.5 1 )3×0.5

0.5×2.5

=1.35（mol/L）²；
故答案為：＞；0.3mol/L?min，1.35；
（4）若向此1L密閉容器中，加入1mol CH₄、5mol H₂O（g）、1mol CO和3mol H₂，發(fā)生反應②，若溫度仍為T℃．平衡常數K=1.35，Qc=

1×33

1×5

=5.4＞1.35，所以反應逆向進行，v（正）＜v（逆），若改變反應溫度，達到新平衡時，
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
1         5        1      3
0         4         2      4
2         6        0      2
得到水蒸氣的物質的量介于4-6間；
故答案為：＜；4；6．

點評：本題考查了化學平衡影響因素分析，平衡標志的分析判斷，平衡常數和反應速率的計算應用是解題關鍵，題目難度中等．