Question

在恒溫恒容的密閉容器中，工業(yè)上常用反應(yīng)①制備甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁＜0；其中的原料氣常用反應(yīng)②來制備：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₂．根據(jù)題意完成下列各題：
（1）判斷反應(yīng)①達到平衡狀態(tài)的標志是______（填字母）．
a．CO體積分數(shù)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(yīng)①CO中的轉(zhuǎn)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(yīng)的催化劑
d．向裝置中再充入H₂
（3）一定條件下，反應(yīng)②中CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示．則△H₂______0（填“＜”、“＞”或“=”）．在T℃時的1L密閉容器中，充入1molCH₄和3molH₂O（g），發(fā)生反應(yīng)②，經(jīng)過5min達到平衡，此時CH₄的轉(zhuǎn)化率為50%，則從開始到平衡，H₂的平均反應(yīng)速率為______，T℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為______；
（4）若向此1L密閉容器中，加入1molCH₄、5molH₂O（g）、1molCO和3molH₂，發(fā)生反應(yīng)②，若溫度仍為T℃，此時v（正）______v（逆）（填“＜”、“＞”或“=”）．若改變反應(yīng)溫度，達到新平衡時，______mol＜n（H₂O）＜______mol．

Answer 1

（1）恒溫恒容的容器內(nèi)進行反應(yīng)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(shù)保持不變，證明反應(yīng)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(yīng)達到平衡，故B錯誤；
c．反應(yīng)前后是氣體體積減小的反應(yīng)，容器中氣體的壓強不變，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故c正確
d．化學反應(yīng)速率之比等于化學方程式中計量數(shù)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(yīng)速率相同，反應(yīng)正向進行不能說明反應(yīng)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(zhì)量

氣體體積

，反應(yīng)過程中氣體質(zhì)量守恒，容器體積相同，密度不變，不能證明反應(yīng)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(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡那你想進行，轉(zhuǎn)化率減小，故b不符合；
c．改變反應(yīng)的催化劑，改變反應(yīng)速率，不能改變化學平衡，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率，故d正確；
故答案為：d；
（3）圖象變化分析甲烷轉(zhuǎn)化率隨溫度升高增大，說明平衡正向進行，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，△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(yīng)②，經(jīng)過5min達到平衡，此時CH₄的轉(zhuǎn)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(yīng)速率=

1.5mol 1L

5min

=0.3mol/L?min；
平衡常數(shù)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(yīng)②，若溫度仍為T℃．平衡常數(shù)K=1.35，Qc=

1×33

1×5

=5.4＞1.35，所以反應(yīng)逆向進行，v（正）＜v（逆），若改變反應(yīng)溫度，達到新平衡時，
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
15 1 3
0 4 2 4
26 0 2
得到水蒸氣的物質(zhì)的量介于4-6間；
故答案為：＜；4；6．