Question

能源問題是當(dāng)代社會面臨的重大課題，甲醇是未來的重要能源物質(zhì)．合成甲醇的反應(yīng)為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
請回答下列問題：
（1）如圖是某次合成實驗過程中甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線，則該反應(yīng)的△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）；工業(yè)上合成甲醇的適宜條件為一定溫度和

 

．
（2）在一定溫度下，向一個容積不變的密閉容器中通入2.5molCO和7.5mol H2，達(dá)到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為90%，則此時容器內(nèi)的壓強(qiáng)為開始時的

 

倍．
（3）保持和（2）相同的條件，將起始時各物質(zhì)改為a mol CO、b mol H2、c mol CH3OH，若欲使平衡狀態(tài)與（2）的相同，則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系為

 

；若欲使開始時反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行、且平衡狀態(tài)與（2）的相同，則c的取值范圍是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計算,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)溫度對化學(xué)平衡的影響來判斷反應(yīng)的吸放熱情況，根據(jù)外條件對反應(yīng)速率和產(chǎn)率的綜合考慮來選擇外界條件；
（2）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比來計算；
（3）各組成與原平衡相同說明為等效平衡，恒溫恒容，前后氣體體積變化，按化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化到左邊，滿足對于物質(zhì)的物質(zhì)的量相等即可；
計算出平衡時CH₃OH（g）的物質(zhì)的量，c大于此值平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行．按化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化到左邊，得到2.5mol CO時c的值最大．

解答： 解：（1）根據(jù)圖示信息，當(dāng)達(dá)到化學(xué)平衡以后（甲醇含量的最高點(diǎn)），升高溫度，甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，說明平衡逆向移動，所以該反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，高壓、催化劑利用合成氨，工業(yè)上合成甲醇的適宜條件為一定溫度和高壓、催化劑，
故答案為：＜；高壓、催化劑；
（2）根據(jù)題意得到：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始物質(zhì)的量（mol）  2.5      7.5        0 
變化的物質(zhì)的量（mol） 2.25     4.5        2.25
平衡的物質(zhì)的量 （mol）0.25      3          2.25
所以此時容器內(nèi)的壓強(qiáng)和開始時的比值為（0.25+3+2.25）：（ 2.5+7.5）=0.55，
故答案為：0.55；  
（3）各組成與原平衡相同說明為等效平衡，恒溫恒容，前后氣體體積變化，按化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化到左邊，滿足對于物質(zhì)的物質(zhì)的量相等即可．所以有 a+c=2.5，b+2c=7.5，解得2a+2.5=b．
對于反應(yīng)     CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）；
開始（mol）：2.5     7.5               0
變化（mol）：2.25    4.5               2.25 
平衡（mol）：0.25    3                 2.25
平衡時CH₃OH的物質(zhì)的量為2.25mol，所以c＞2.25mol平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行．按化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化到左邊，得到2.5mol CO時c的值最大．所以c最大為2.5mol．所以2.25＜c≤2.5．
故答案為：2a+2.5=b；2.25＜c≤2.5．

點(diǎn)評：本題考查平衡計算、等效平衡等，難度較大，注意等效思想的運(yùn)用以及運(yùn)用極限方法確定c的取值范圍．