Question

工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)  ΔH

         

图1 (图中表示生成1mol物质时的能量)           图2

（1）根据图1请写出合成甲醇的热化学方程式               (热量用E₁、E₂或E₃表示)。

（2）该反应的逆反应速率随时间变化的关系如上图2。t₁时改变了某种条件，改变的条件可能是                        。

（3）判断反应达到平衡状态的依据是            (填字母序号)。

A．2v(H₂)(逆) =v(CO)(正)

B．混合气体的密度不变

C．混合气体的平均相对分子质量不变

D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化

E．容器内CO、H₂、CH₃OH的浓度之比为1:2:1

（4）在一定温度下，若将4a mol H₂和2amol CO放入2L的密闭容器中，充分反应后测得CO的转化率为50％，则该反应的平衡常数为          。若此时再向该容器中投入a mol CO、2amol H₂和amol CH₃OH，判断平衡移动的方向是      _______(“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)；与原平衡相比，CO的物质的量浓度     _____(填“增大”、“不变”或“减小”)。

Answer

（1）CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH=(E1－E3)或－(E3－E1)kJ•mol-1

（2）加压、等倍增加反应物和生成物、增加甲醇浓度、升高温度、使用催化剂等(任答一个合理答案给分。注：t1时刻不能确认是否平衡)

（3）CD（4）；正向移动；增大；

【解析】

试题分析：（1）图象分析反应是放热反应，反应的焓变=断裂化学键吸收的能量-形成化学键放出的热量=E1-E3，标注物质的聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=(E1-E3)或-(E3-E1)kJ•mol-1 ，故答案为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=(E1-E3)或-(E3-E1)kJ•mol-1 ；

（2）图象分析可知是逆反应速率增大，反应是否达到平衡不知，所以增大逆反应速率的因素均符合，如加压、等倍增加反应物和生成物、增加甲醇浓度、升高温度、使用催化剂等，故答案为：加压、等倍增加反应物和生成物、增加甲醇浓度、升高温度、使用催化剂等；

（3）判断反应达到平衡状态的依据正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化；A．v逆(H2)=2v正(CO)，说明正逆反应速率相同，2v逆(H2)=v正(CO)不能说明正逆反应速率相同，故A错误；B．混合物的质量始终不变，容器的体积不变，所以混合气体的密度始终不变，所以不能作为判断平衡状态的依据，故B错误；C．反应前后，混合气体的物质的量改变，气体的质量不变，反应达到平衡状态时，混合气体的相对平均分子质量不变，所以能作为判断平衡状态的依据，故C正确；D．反应达到平衡状态时，CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化，所以能作为判断平衡状态的依据，故D正确；E．容器内CO、H2、CH3OH的浓度之比为1：2：1，和起始量，变化量有关，不能作为平衡的标志，故E错误；故选CD。

（4）在一定温度下，若将4a mol H2和2a mol CO放入2L的密闭容器中，充分反应后测得CO的转化率为50%，依据平衡三段式列式计算；

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始量(mol/L) a 2a 0

变化量(mol/L)50%×a a 0.5a

平衡量(mol/L)0.5a a 0.5a

则该反应的平衡常数K==；若此时再向该容器中投入a mol CO、2a mol H2和a mol CH3OH，浓度为c(CO)=mol/L+0.5amol/L=amol/L，c(H2)=mol/L+amol/L=2a，c(CH3OH)=mol/L+0.5amol/L=amol/L，Q==＜K=，判断平衡移动的方向是反应正向进行；达到新平衡与原平衡相比，CO的物质的量浓度增大；故答案为：；正向移动；增大。

【考点定位】考查影响化学平衡移动的因素、平衡状态的判断

【名师点晴】本题考查了影响化学平衡移动的因素、平衡状态的判断等知识点，热化学方程式书写与图象分析方法是解题关键。可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等(同种物质)或正逆反应速率之比等于系数之比(不同物质)，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变。