Question

【題目】工業上通常采用CO(g)和H2(g)催化合成甲醇CH3OH(g)．

（1）在—定溫度和壓強下，CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－128.8 kJ/mol．若將10a mol CO和20a mol H2放入2 L的密閉容器中，充分反應后測得CO的轉化率為60%，則該反應的平衡常數為________(用含a的代數式表示)．若此時再向該容器中投入10a mol CO、20a mol H2和10a mol CH3OH(g)，判斷平衡移動的方向是_______(填“正向移動”、“逆向移動”或“不移動”)。

（2）判斷該反應達到平衡狀態的依據是________(填字母序號)．

A．混合氣體的密度不變

B．混合氣體的平均相對分子質量不變

C．2v逆(H2)＝v正(CO)

D．容器內CO、H2、CH3OH的濃度之比為1∶2∶1

E．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發生變化

（3）一定條件下，在容積相同的三個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如下：

容器		甲	乙	丙
反應物投入量		1 mol CO、2 mol H2	1 mol CH3OH	2 mol CH3OH
平衡時數據	反應能量變化的絕對值(kJ)	a	b	c
	反應物轉化率	α1	α2	α3
	體系壓強(Pa)	p1	p2	p3

則a＋b＝________；a1＋a3________1(填“<”、“>”或“＝”，下同)；2p2________p3．

Answer 1

【答案】 正向移動 BE 128.8 < >

【解析】（1）加入10a mol CO，轉化率為60%，反應的CO為6a mol。

CO(g) ＋ 2H2(g) CH3OH(g)

起始： 10a 20a 0

反應： 6a 12a 6a

平衡： 4a 8a 6a

容器得體積為2L，所以將物質的量都除以體積得到濃度，計算平衡常數為 。

若此時再向該容器中投入10a mol CO、20a mol H2和10a mol CH3OH(g)，則變為14a mol CO、28a mol H2和16a mol CH3OH(g)，濃度為7a mol/L CO、14a mol/L H2和8a mol/L CH3OH(g)，所以 ，Q小于K，所以平衡正向移動。

（2）反應混合物質量不變（質量守恒），容器體積不變，所以氣體密度恒定不變，選項A無法說明反應達平衡。反應混合物質量不變（質量守恒），平均分子量不變，而，所以說明氣體的n總不變。該反應前后的物質的量不等，所以n總不變可以說明反應達平衡，選項B正確。2v逆(H2)＝v正(CO)得到v逆(H2)：v正(CO)=1:2，依據反應速率比等于系數比的關系，應該有v逆(H2)：v正(CO)=2:1，所以選項C錯誤。容器內CO、H2、CH3OH的濃度之比為1∶2∶1，有可能是某個瞬間達到這個比例關系，過了這個瞬間還會變化，所以選項D錯誤。CH3OH、CO、H2的濃度都不再發生變化，一定說明反應達平衡，所以選項E正確。

（3）甲乙明顯為等效平衡，最后的平衡態一定相同。從甲出發到平衡態放出akJ熱量，從乙出發到相同平衡態吸收bkJ熱量，則相反過程（從平衡態到乙）應該放出bkJ熱量，所以從甲到乙應該放出（a+b）kJ熱量。而從甲到乙就是將1molCO和2molH2反應為1 mol CH3OH，所以反應熱量就是焓變，即a+b=128.8。甲的轉化率為α1，說明從甲開始到平衡態，應該正向反應了總量的α1；乙的轉化率為α2，說明從乙到相同平衡態應該逆向反應了總量的α2，所以一定有α1+α2=1。丙的投料量是乙的2倍，恒容下，相當于增大壓強，所以平衡正向移動，丙中甲醇轉化率降低，α2＞α3，所以α1+α3＜1。同溫同體積下，壓強的比等于氣體物質的量的比。丙的投料量是乙的2倍，恒容下，相當于增大壓強，平衡正向移動，所以達平衡時丙的總物質的量比乙的2倍還要小，所以丙壓強小于乙的2倍，即2p2＜p3。