Question

能源短缺是人類面臨的重大問題之一．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．工業(yè)上合成甲醇一般采用以下反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）+Q
下表所列數(shù)據(jù)是上述反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

（1）在一定條件下將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，5分鐘后測(cè)得c（H₂）=1.5mol/L，則此段時(shí)間內(nèi)的反應(yīng)速率（用CH₃OH表達(dá)）______mol/（L?min）．
（2）由表中數(shù)據(jù)分析可知，Q______0（填“＞”、“＜”或“=”）．其它條件不變的情況下，若壓縮容器的體積，則平衡______移動(dòng)（“向正反應(yīng)方向”“向逆反應(yīng)方向”或“不”），化學(xué)平衡常數(shù)K______（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）在體積一定的密閉容器中，能說明該反應(yīng)已處于化學(xué)平衡狀態(tài)的是______（填編號(hào)）．
a．V_正（CO）=1/2V_正（H₂）b．混合氣體的密度保持不變
c．反應(yīng)體系中的熱效應(yīng)不再變化d．c（CO）：c（CH₃OH）=1：1
（4）尋找到合適的催化劑是實(shí)現(xiàn)反應(yīng)工業(yè)化的關(guān)鍵．該反應(yīng)使用催化劑無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是______（填編號(hào)）．
a．提高單位時(shí)間內(nèi)甲醇的產(chǎn)量b．增大混合氣體中甲醇的體積分?jǐn)?shù)
c．縮短達(dá)到平衡所需時(shí)間d．提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率．

Answer 1

（1）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式得到
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 260
變化量（mol）1.5 31.5
5分鐘量（mol） 0.5 2L×1.5mol/L=3mol 1.5
用CH₃OH表達(dá)的反應(yīng)速率=

1.5mol 2L

5min

=0.15mol/L?min，
故答案為：0.15；
（2）表中數(shù)據(jù)分析可知隨溫度升高，平衡常數(shù)K減小，說明溫度升高，平衡逆向進(jìn)行，所以正向是放熱反應(yīng)，Q＞＞0，反應(yīng)前后氣體體積減小，依據(jù)平衡移動(dòng)原理，增大壓強(qiáng)平衡向氣體體積減小的分析進(jìn)行，所以壓縮體積是增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行；平衡常數(shù)瑣碎溫度變化，不隨濃度、壓強(qiáng)等因素變化，所以K不變，
故答案為：＞；向正反應(yīng)方向；不變；
（3）反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變；
a．V_正（CO）=1/2V_正（H₂），正反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中 計(jì)量數(shù)之比，僅表示反應(yīng)正向進(jìn)行，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故a錯(cuò)誤；
b．混合氣體的密度保持不變，混合氣體在乙定容密閉容器中進(jìn)行，質(zhì)量守恒，體積不變，反應(yīng)過程中混合氣體的密度始終不變，故b錯(cuò)誤；
c．反應(yīng)體系中的熱效應(yīng)不再變化，反應(yīng)達(dá)到平衡反應(yīng)的熱量變化一定，平衡發(fā)生移動(dòng)，反應(yīng)的熱量發(fā)生改變，證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C正確；
d．c（CO）：c（CH₃OH）=1：1濃度相同，和起始量，變化量等有關(guān)，與平衡無直接關(guān)系，不能做平衡的標(biāo)志，故d錯(cuò)誤；
故答案為：c；
（4）尋找到合適的催化劑是實(shí)現(xiàn)反應(yīng)工業(yè)化的關(guān)鍵，催化劑降低反應(yīng)活化能，增大反應(yīng)速率，但不改變化學(xué)平衡，
a．提高單位時(shí)間內(nèi)甲醇的產(chǎn)量，反應(yīng)速率增大，單位時(shí)間內(nèi)生成甲醇增大，故a不符合；
b．增大混合氣體中甲醇的體積分?jǐn)?shù)，催化劑不改變化學(xué)平衡，體積分?jǐn)?shù)不變，故b符合；
c．縮短達(dá)到平衡所需時(shí)間，催化劑加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，故c不符合；
d．提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，催化劑不改變平衡，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不變，故d符合；
故答案為：bd．