Question

19．請(qǐng)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識(shí)研究碳及其化合物的性質(zhì)．
（1）在一定體積的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)，CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），平衡常數(shù)K與溫度t℃的關(guān)系如下表：

t℃	700	800	830	1000	1200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$．
②該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
③某溫度下，平衡濃度符合下式：c（CO₂）•c（H₂）=c（CO）•c（H₂O），試判斷此時(shí)的溫度為830℃．
（2）工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，一定溫度下在恒容容器中，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ•mol^-1
①下列措施中能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是AD．
A．體系壓強(qiáng)保持不變
B．混合氣體的密度保持不變
C．CO與H₂的濃度之比為1：2
D．單位時(shí)間內(nèi)，消耗2molH₂的同時(shí)消耗1molCH₃OH
②在恒容容器中合成甲醇，當(dāng)溫度分別為230℃、250℃和270℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率與n（H₂）：n（CO）的起始組成比的關(guān)系如圖所示．已知容器體積1L，起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為1mol．據(jù)此判斷在上述三種溫度中，曲線Z對(duì)應(yīng)的溫度是270℃；利用圖中a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，計(jì)算該反應(yīng)在對(duì)應(yīng)溫度下的平衡常數(shù)K等于4（mol/L）^-2．

Answer 1

分析 （1）①化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
②由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)增大，說(shuō)明升高溫度平衡正向移動(dòng)，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)；
③某溫度下，平衡濃度符合：c（CO₂）•c（H₂）=c（CO）•c（H₂O），則平衡常數(shù)K=1；
（2）①可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說(shuō)明到達(dá)平衡；
②n（H₂）：n（CO）的起始組成比一定條件下，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率減小；
a點(diǎn)平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化率為50%，CO起始物質(zhì)的量為1mol，氫氣起始物質(zhì)的量為1.5mol，轉(zhuǎn)化的CO為0.5mol，則：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：1      1.5        0
變化量（mol）：0.5     1         0.5
平衡量（mol）：0.5    0.5        0.5
再根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)．

解答 解：（1）①CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（CO）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}$；
②由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)增大，說(shuō)明升高溫度平衡正向移動(dòng)，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，故答案為：吸熱；
③某溫度下，平衡濃度符合：c（CO₂）•c（H₂）=c（CO）•c（H₂O），則平衡常數(shù)K=1，故溫度為830℃，
故答案為：830；
（2）①A．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下，容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，體系壓強(qiáng)保持不變，說(shuō)明到達(dá)平衡，故A正確；
B．混合氣體總質(zhì)量不變，容器的溶容積不變，混合氣體的密度始終不變，故B錯(cuò)誤；
C．平衡時(shí)物質(zhì)的濃度與起始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，平衡時(shí)CO與H₂的濃度之比不一定等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故C錯(cuò)誤；
D．單位時(shí)間內(nèi)，消耗2molH₂的同時(shí)消耗1molCH₃OH，說(shuō)明甲醇的生成速率與消耗速率相等，反應(yīng)到達(dá)平衡，故D正確，
故選：AD；
②n（H₂）：n（CO）的起始組成比一定條件下，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率減小，曲線Z對(duì)應(yīng)CO轉(zhuǎn)化率最小，溫度最高，故對(duì)應(yīng)的溫度為270℃；
a點(diǎn)平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化率為50%，CO起始物質(zhì)的量為1mol，氫氣起始物質(zhì)的量為1.5mol，轉(zhuǎn)化的CO為0.5mol，則：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：1      1.5       0
變化量（mol）：0.5     1        0.5
平衡量（mol）：0.5    0.5       0.5
容器的體積為1L，則平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5mol/L}{0.5mol/L×（0.5mol/L）^{2}}$=4（mol/L）^-2，
故答案為：270℃；4（mol/L）^-2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)、化學(xué)平衡圖象等，注意判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說(shuō)明到達(dá)平衡．