Question

2．工業(yè)上一般以CO和H₂為原料在密閉容器中合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），如圖1是該反應在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的曲線．

（1）T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁＞K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）由CO合成甲醇時，CO在250℃、300℃、350℃下達到平衡時轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系曲線如圖2所示，則曲線c所表示的溫度為350℃．實際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是1.3×10⁴ kPa 下CO 的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增大壓強，CO 的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加很多，得不償失．
（3）以下有關(guān)該反應的說法正確的是AD（填序號）．
A．恒溫、恒容條件下，若容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化，則可逆反應達到平衡
B．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時，可逆反應達到平衡
C．使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間并提高CH₃OH的產(chǎn)率
D．某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L固定容積的密閉容器中，充分反應，達到平衡后測得c（CO）=0.2mol•L^-1，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%
（4）一定溫度下，向2L的固定體積的密閉容器中加入1molCH₃OH（g），發(fā)生反應：CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），H₂的物質(zhì)的量隨時間變化的曲線如圖3所示．
該溫度下，反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=4L²•mol^-2．相同溫度下，若開始時加入CH₃OH（g）的物質(zhì)的量是原來的2倍，則C（填序號）是原來的2倍．
A．CH₃OH的平衡濃度   B．達到平衡的時間     C．平衡時氣體的密度．

Answer 1

分析 （1）圖1分析先拐先平溫度高，T₂＜T₁，結(jié)合平衡移動原理分析判斷平衡移動方向確定平衡常數(shù)大��；
（2）圖1分析可知，溫度越高一氧化碳轉(zhuǎn)化率越小，說明正反應為放熱反應，根據(jù)壓強對化學反應速率以及化學平衡移動的影響知識結(jié)合實際生產(chǎn)過程來回答，從橫坐標上一點，畫一條平行于縱坐標的虛線，看相同壓強下不同溫度時CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越低轉(zhuǎn)化率越低，說明，升溫時平衡向逆向移動；
（3）當化學反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量不變，注意該該反應中反應物的化學計量數(shù)之和與生成物的化學計量數(shù)關(guān)系；
（4）據(jù)圖象可求出H₂的化學反應速率，再據(jù)化學反應中用各物質(zhì)表示的速率之比等于系數(shù)之比，可求得第一問．據(jù)三段式法求得平衡時各物質(zhì)的濃度，
                    CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
反應前濃度（mol/L ）0.5          0       0
反應的濃度（mol/L ）0.25        0.25     0.5
反應的濃度（mol/L ）0.25        0.25    0.5
代入平衡常數(shù)表達式計算，氣體體積不變，質(zhì)量增倍，密度增倍；

解答 解：（1）圖1分析先拐先平溫度高，T₂＜T₁，溫度越高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率越小，平衡常數(shù)越小，則T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁＞K₂，
故答案為：＞；
（2）圖1分析可知，溫度越高一氧化碳轉(zhuǎn)化率越小，說明正反應為放熱反應，CO在250℃、300℃、350℃下達到平衡時轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系曲線如圖2所示，溫度最高的是c曲線為350°，根據(jù)CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系圖2，可以知道在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失，
故答案為：350，1.3×10⁴ kPa 下CO 的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增大壓強，CO 的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加很多，得不償失；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應是氣體體積減小的放熱反應，
A．反應前后氣體物質(zhì)的量變化，恒溫、恒容條件下，若容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化，則可逆反應達到平衡，故A正確；
B．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時，只能說明反應正向進行，不能說明可逆反應達到平衡，故B錯誤；
C．使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間，但不改變化學平衡，不能提高CH₃OH的產(chǎn)率，故C錯誤；
D．某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L固定容積的密閉容器中，充分反應，達到平衡后測得c（CO）=0.2mol•L^-1，則CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{2mol-2L×0.2mol/L}{2mol}$×100%=80%，故D正確；
故答案為：AD；
（4）據(jù)圖象可求出H₂的化學反應速率，再據(jù)化學反應中用各物質(zhì)表示的速率之比等于系數(shù)之比，可求得第一問．據(jù)三段式法求得平衡時各物質(zhì)的濃度，
                   CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
反應前濃度（mol/L ）0.5          0        0
反應的濃度（mol/L ）0.25        0.25     0.5
反應的濃度（mol/L ）0.25        0.25     0.5
代入公式K=$\frac{0.5×0.5×0.25}{0.25}$=0.25，求得該反應的化學平衡常數(shù)為0.25（mol•L）²．所求反應的K，是該反應的逆反應，所以系數(shù)是其倒數(shù)則平衡常數(shù)=$\frac{1}{0.25}$L²•mol^-2=4L²•mol^-2．
體積不變的容器中，反應物與生成物全是氣體，質(zhì)量加倍，故密度加倍，選C，
故答案為：4L²•mol^-2，C；

點評 本題考查化學反應中能量變化，化學反應速率、化學平衡影響因素與化學平衡圖象、平衡常數(shù)計算等，注意根據(jù)反應的特征分析圖象中條件的改變，難度中等．