Question

甲醇作为可再生能源，越来越受到人们的关注。已知甲醇制备的有关化学反应的平衡常数及焓变数据如下

化学反应	500℃平衡常数	焓变
①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)	K1＝2.5	ΔH1＝－116 kJ·mol^－^1
②CO2(g)＋H2(g)H2O(g)＋CO(g)	K2＝1.0	ΔH2＝＋41 kJ·mol^－^1
③CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)	K3＝？	ΔH3＝？

(1)反应③的K₃＝__________________，ΔH₃＝__________________。

(2)500℃时，将2mol CO₂和2mol H₂充入2L的恒容密闭容器中发生反应②，5min后达到平衡后，则0~5min内，用H₂表示的反应速率v(H₂)＝________。

(3)500℃时，测得反应③在某时刻CO₂(g)、H₂(g)、CH₃OH(g)、H₂O(g)的浓度(mol·L^－1)分别为0.1、0.8、0.3、0.15，则此时v_正_________v_逆(填“>”“<”或“＝”)。

(4)若一定量的CO₂和H₂在绝热恒容的条件下发生上述反应②，下列可以作为判断该反应达到平衡的标志有_________________________。

a.混合气体的平均相对分子质量不再改变

b.混合气体中CO₂、H₂、H₂O、CO(g)的含量相等

c. v(CO₂)_生成=v(CO)_消耗

d.容器内温度不再变化

Answer

2.5 -75 kJ·mol－1 0.1mol/(Lmin) > d

【解析】

(1)反应①＋②可得反应③，则平衡常数K3＝K1×K2，焓变ΔH3＝ΔH1+ΔH2；

(2)利用“三段式法”和化学平衡常数的表达式计算出H2浓度的变化量，用H2表示的反应速率v(H2)＝；

(3)500℃时K3＝K1×K2＝2.5，再计算此时浓度商Qc，若Qc＝K3，处于平衡状态，若QcK3，反应向逆反应进行，进而判断v正、v逆相对大小；

(4)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，以此分析。

(1)反应①＋②可得反应③，则平衡常数K3＝K1×K2=2.5×1.0=2.5，焓变ΔH3＝ΔH1+ΔH2=－116kJ·mol－1+(＋41kJ·mol－1)=-75kJ·mol－1，故答案为：2.5；-75kJ·mol－1；

(2)500℃时，将2molCO和2molH2充入2L的恒容密闭容器中发生反应②, 5min后达到平衡,由反应三段式得：

K2==1.0，解得=0.5mol/L，v(H2)＝＝=0.1mol/(Lmin)，故答案为：0.1mol/(Lmin)；

(3)500℃时K3＝K1×K2=2.5，浓度商Qc＝＝0.88＜K3＝2.5，反应向正反应进行，故v正＞v逆，故答案为：＞；

(4) a．反应总质量是个定值，总物质的量是个定值，混合气体的平均相对分子质量一直不变，故a不符合题意；

b．混合气体中CO2、H2、H2O、CO的含量相等，不一定达到平衡状态，故b不符合题意；

c．v(CO2)生成、v(CO)消耗是逆反应的两种物质化学反应速率，不能证明v正=v逆，故c符合题意；

d．绝热容器内温度不再发生变化说明反应达到了平衡，故d符合题意；

故答案为：d。