Question

【題目】工業上可利用CO或CO2來生產燃料甲醇。已知甲醇制備的有關化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數如下表所示：

化學反應	平衡常數	溫度
		500℃	700℃	800℃
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)	K1	2.5	0.34	0.15
②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)	K2	1	1.7	2.52
③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)	K3

請回答下列問題：

（1）判斷反應①是________(填“吸熱”或“放熱”)反應

（2）據據反應①與反應②可推導出K1、K2與K3之間的關系，則K3 =________(用K1、K2表示)

（3）某溫度下反應①式中各物質的平衡濃度符合下式：20c(CH3OH) = 3c(CO)·c2(H2)，試判斷此時的溫度為________。

（4）500℃時測得反應③在某時刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度分別為0.4 mol·L-1、1 mol·L-1、0.5 mol·L-1、0.4 mol·L-1，則此時ν(正)________ν(逆)(填“＞”、“=”或“＜”)。

（5）一定條件下將H2(g)和CO2(g)以體積比3:1置于恒溫恒容的密閉容器發生反應③，下列能說明該反應達到平衡狀態的有_____________

A．體系密度保持不變

B．H2和CO2的體積比保持不變

C．混合氣體的平均相對分子量不變時，反應一定達到平衡狀態

D．當破壞CO2中2個碳氧雙鍵，同時破壞H2O 中的2個氧氫鍵，反應一定達到平衡狀態

（6）若500℃時在2L密閉容器中加入2molH2和amolCO2進行②的反應，反應5min后達到平衡，平衡時CO2的轉化率為50%，求a =________mol，用H2表示該反應達到平衡時的平均反應速率ν(H2) =________mol·L-1·min-1

Answer 1

【答案】 放熱 K1×K2 800 ℃ ＜ C、D 1 0.05

【解析】(1)反應①中升高溫度，平衡常數減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，正反應為放熱反應，故答案為：放熱；

(2)反應③3H2(g)+CO2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)是氣體體積減小的反應△S＜0，依據反應①+②得到反應③，所以平衡常數K3=K1×K2，故答案為：K1K2；

(3)20c(CH3OH) = 3c(CO)·c2(H2)變形為=K==0.15，說明溫度為800℃，故答案為：800 ℃；

(4)在500℃測得反應③在某時刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度分別為0.4 mol·L-1、1 mol·L-1、0.5 mol·L-1、0.4 mol·L-1， Q==3.125＞K=K1×K2=2.5，反應逆向進行，V正＜V逆，故答案為：＜；

(5)A．反應前后氣體的質量和體積均不變，體系密度始終保持不變，不能說明該反應達到平衡狀態，錯誤；B．根據方程式，H2和CO2的體積比始終保持3:1不變，不能說明該反應達到平衡狀態，錯誤；C．反應后其他的物質的量減小，質量不變，混合氣體的平均相對分子量增大，當平均相對分子量不變時，反應一定達到平衡狀態，正確；D．當破壞CO2中2個碳氧雙鍵，同時破壞H2O 中的2個氧氫鍵，說明正逆反應速率相等，反應一定達到平衡狀態，正確；故選CD；

(6) H2(g) + CO2(g) H2O(g) + CO(g)

起始(mol)2 a 0 0

反應

平衡 1-

則K= =1，解得a=1，平衡時氫氣的物質的量為0.5mol，濃度為0.25mol/L，用H2表示該反應達到平衡時的平均反應速率ν(H2) ==0.05mol·L-1·min-1，故答案為：1；0.05。