Question

(14分）某温度，将2molCO与5molH₂的混合气体充入容积为2L的密闭容器中，在催化剂的作用下发生反应：CO(g）＋2H₂(g）CH₃OH(g）。经过5min后，反应达到平衡，此时转移电子6mol。

（1）该反应的平衡常数为         ，v(CH₃OH）＝       mol·L^－1·min^－1。若保持体积不变，再充入2molCO和1.5molCH₃OH，此时v_正_______v_逆(填“>”、“<”或“=”）。

（2）在其它条件不变的情况下，再增加2molCO与5molH₂，达到新平衡时，CO的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”）。

（3）下列不能说明该反应已达到平衡状态的是                  。

a．CH₃OH的质量保持不变           b．混合气体的平均相对分子质量不再改变

c．v_逆(CO）=2v_正(H₂）             d．混合气体的密度不再发生改变

（4）在一定压强下，容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H₂，在催化剂作用下反应生成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。则p₁________p₂(填“大于”、“小于”或“等于”，下同），△H________0，该反应在（填“高温”或“低温”）下能自发进行。

（5）能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是          。

a．及时分离除CH₃OH气体           b．适当升高温度

c．增大H₂的浓度                   d．选择高效催化剂

Answer

（1）3（2分） 0.15（1分） >（1分） （2）增大（2分） （3）c d（2分）

（4）< （2分） <（1分） 低温（1分） （5）c（2分）

【解析】

试题分析：（1）经过5min后，反应达到平衡，此时转移电子6mol，根据方程式可知2mol失去4mol电子，所以参加反应的氢气是3mol，则消耗CO是1.5mol，生成甲醇1.5mol，剩余氢气和CO分别是2mol和0.5mol，则氢气、CO和甲醇的平衡浓度分别是（mol/L）1、0.25、0.75，所以根据化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值可知该反应的平衡常数为。其中v(CH3OH）＝0.75mol/L÷5min＝0.15 mol·L－1·min－1。若保持体积不变，再充入2molCO和1.5molCH3OH，此时CO和甲醇的浓度变为0.75mol/L、1.5mol/L，则浓度熵＝＜3，这说明反应向正反应方向进行，则v正>v逆。

（2）在其它条件不变的情况下，再增加2molCO与5molH2，则相当于是增大压强，平衡向正反应方向进行，所以达到新平衡时，CO的转化率增大。

（3）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。则a．CH3OH的质量保持不变说明反应达到平衡状态，a正确；b．混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以混合气体的平均相对分子质量不再改变可以说明反应达到平衡状态，b正确；c．v逆(CO）=2v正(H2）不能化学计量数之比，没有达到平衡状态，c错误；d．密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，所以混合气体的密度不再发生改变不能说明反应达到平衡状态，d错误，答案选cd。

（4）根据图像可知在温度相等的条件下P2曲线对应的CO转化率大，由于正反应是体积减小的可逆反应，增大压强平衡向正反应方向进行，所以p1小于p2；在压强相等的条件下CO的转化率随温度的升高而降低，这说明升高温度平衡向逆反应方向进行，所以正反应是放热反应，则△H小于0。正反应是熵值减小的可逆反应，则根据△G＝△H—T△S可知该反应在低温下能自发进行。

（5）a．及时分离除CH3OH气体平衡向正反应方向进行，但反应速率降低，a错误；b．适当升高温度反应速率增大，但平衡向逆反应方向进行，b错误；c．增大H2的浓度能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动，c正确；d．选择高效催化剂加快反应速率，但平衡不移动，d错误，答案选c。

考点：考查平衡状态判断、外界条件对平衡状态、速率影响、平衡状态计算及反应自发性判断