Question

【題目】工業(yè)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(qiáng)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(yīng)后測(cè)得CO的轉(zhuǎn)化率為60%，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為________(用含a的代數(shù)式表示)．若此時(shí)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(dòng)的方向是_______(填“正向移動(dòng)”、“逆向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”)。

（2）判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是________(填字母序號(hào))．

A．混合氣體的密度不變

B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變

C．2v逆(H2)＝v正(CO)

D．容器內(nèi)CO、H2、CH3OH的濃度之比為1∶2∶1

E．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化

（3）一定條件下，在容積相同的三個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器		甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量		1 mol CO、2 mol H2	1 mol CH3OH	2 mol CH3OH
平衡時(shí)數(shù)據(jù)	反應(yīng)能量變化的絕對(duì)值(kJ)	a	b	c
	反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	α1	α2	α3
	體系壓強(qiáng)(Pa)	p1	p2	p3

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

Answer 1

【答案】 正向移動(dòng) BE 128.8 < >

【解析】（1）加入10a mol CO，轉(zhuǎn)化率為60%，反應(yīng)的CO為6a mol。

CO(g) ＋ 2H2(g) CH3OH(g)

起始： 10a 20a 0

反應(yīng)： 6a 12a 6a

平衡： 4a 8a 6a

容器得體積為2L，所以將物質(zhì)的量都除以體積得到濃度，計(jì)算平衡常數(shù)為 。

若此時(shí)再向該容器中投入10a mol CO、20a mol H2和10a mol CH3OH(g)，則變?yōu)?/span>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(dòng)。

（2）反應(yīng)混合物質(zhì)量不變（質(zhì)量守恒），容器體積不變，所以氣體密度恒定不變，選項(xiàng)A無(wú)法說(shuō)明反應(yīng)達(dá)平衡。反應(yīng)混合物質(zhì)量不變（質(zhì)量守恒），平均分子量不變，而，所以說(shuō)明氣體的n總不變。該反應(yīng)前后的物質(zhì)的量不等，所以n總不變可以說(shuō)明反應(yīng)達(dá)平衡，選項(xiàng)B正確。2v逆(H2)＝v正(CO)得到v逆(H2)：v正(CO)=1:2，依據(jù)反應(yīng)速率比等于系數(shù)比的關(guān)系，應(yīng)該有v逆(H2)：v正(CO)=2:1，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤。容器內(nèi)CO、H2、CH3OH的濃度之比為1∶2∶1，有可能是某個(gè)瞬間達(dá)到這個(gè)比例關(guān)系，過(guò)了這個(gè)瞬間還會(huì)變化，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化，一定說(shuō)明反應(yīng)達(dá)平衡，所以選項(xiàng)E正確。

（3）甲乙明顯為等效平衡，最后的平衡態(tài)一定相同。從甲出發(fā)到平衡態(tài)放出akJ熱量，從乙出發(fā)到相同平衡態(tài)吸收bkJ熱量，則相反過(guò)程（從平衡態(tài)到乙）應(yīng)該放出bkJ熱量，所以從甲到乙應(yīng)該放出（a+b）kJ熱量。而從甲到乙就是將1molCO和2molH2反應(yīng)為1 mol CH3OH，所以反應(yīng)熱量就是焓變，即a+b=128.8。甲的轉(zhuǎn)化率為α1，說(shuō)明從甲開(kāi)始到平衡態(tài)，應(yīng)該正向反應(yīng)了總量的α1；乙的轉(zhuǎn)化率為α2，說(shuō)明從乙到相同平衡態(tài)應(yīng)該逆向反應(yīng)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(dāng)于增大壓強(qiáng)，所以平衡正向移動(dòng)，丙中甲醇轉(zhuǎn)化率降低，α2＞α3，所以α1+α3＜1。同溫同體積下，壓強(qiáng)的比等于氣體物質(zhì)的量的比。丙的投料量是乙的2倍，恒容下，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，所以達(dá)平衡時(shí)丙的總物質(zhì)的量比乙的2倍還要小，所以丙壓強(qiáng)小于乙的2倍，即2p2＜p3。