Question

工业上用CO生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）。

（1）图1是表示一定温度下，在体积为2 L的密闭容器中加入4 molH₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的浓度随时间变化情况。从反应开始到平衡，用CO浓度变化表示平均反应速率 v（CO）=_____________；H₂的平衡转化率为_______________。

（2）图2表示该反应进行过程中能量的变化。曲线a表示不使用催化剂时反应的能量变化，曲线b表示使用催化剂后的能量变化。写出反应的热化学方程式:______________。

（3）该温度下，反应平衡常数K=______________（填数值）。

（4）恒容条件下，下列措施中能使反应体系中增大的措施有____________。

A．升高温度      B．充入He气    C．再充入2molH₂       D．使用催化剂

Answer

（1）0.075mol/（Lmin）；75%；

（2）CO（g）+H2（g）CH3OH（g） △H=-91kJ/mol；（3）12；（4）C。

【解析】

试题分析：（1）根据图像可知反应进行到10min时达到平衡状态，此时生成甲醇0.75mol/L，则根据方程式可知消耗CO的浓度是0.75mol/L，所以用CO表示的平均反应速率为0.75mol/L÷10min＝0.075 mol·L—1·min—1。消耗氢气是1.5mol/L，氢气的起始浓度是2mol/L，因此氢气的转化率是×100%＝75%；

（2）根据图像可知反应物总能量高于生成物总能量，因此反应是放热反应。反应热＝419kJ/mol—510kJ/mol＝—91kJ/mol，则热化学方程式为CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） △H＝—91 kJ·mol—1。

（3）平衡时消耗氢气的浓度是0.75mol/L ×2＝1.5mol/L，氢气的起始浓度是4mol÷2L＝2mol/L，所以平衡时氢气浓度是0.5mol/L，则根据图像可知平衡常数K＝。

（4）A、升高温度平衡向逆反应方向进行，则比值减小，A错误；B、容器容积不变充入He气，平衡不移动，则比值不变，B错误；C、再充入2mol氢气平衡向正反应方向进行，因此比值增大，C正确；D、催化剂不能改变平衡状态，所以比值不变，D错误，答案选C。

【考点定位】考查反应热、反应速率、平衡常数计算以及外界条件对平衡状态影响

【名师点晴】该题的难点是稀有气体对平衡状态的影响，“惰性气体”对化学平衡的影响：①恒温、恒容条件：原平衡体系体系总压强增大→体系中各组分的浓度不变→平衡不移动。②恒温、恒压条件：原平衡体系容器容积增大，各反应气体的分压减小→体系中各组分的浓度同倍数减小（等效于减压），平衡向气体体积增大的方向移动。