Question

甲醇是重要的有机化工原料，在能源紧张的今天，甲醇的需求也在增大。甲醇的一种合成方法是：CO(g)+2H₂(g)⇌CH₃OH(g)    ΔH<0

(1)①在恒温恒容的密闭容器中，能判断上述反应达到平衡状态的依据是___________(填字母)。

a.CH₃OH的浓度不再发生变化

b.生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等

c.氢气的体积分数保持不变

d.混合气体的密度不变

②反应达到平衡后，改变反应的某一个条件，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是____(填字母)。

a.正反应速率先增大后减小

b.逆反应速率先增大后减小

c.化学平衡常数K值减小

d.氢气的平衡转化率减小

(2)某温度下，将1.0molCO与2.0molH₂充入2L的恒容密闭容器中发生反应，在第5min时达到平衡状态，此时甲醇的物质的量分数为10%。若在第10min、20min时分别改变反应条件，甲醇的浓度在不同条件下的变化如图所示。从反应开始到5min内，生成甲醇的速率为_________，H₂的平衡转化率α=_____%。比较甲醇在7～8min、12～13min和25～27min内平均反应速率[平均反应速率分别以υ(7～8)、υ(12～13)、υ(25～27)表示]的大小_____。

(3)恒压条件下，将1.0molCO与2.0molH₂充入2L的恒压密闭容器中发生反应，实验测得CO的平衡转化率与压强、温度的关系如图所示：

①由图像可知，a_____(填“>”“<”或“=”)10。300℃、aMPa时用分压表示的平衡常数K_p=_____(分压=总压×物质的量分数，用含a的式子表示)。

②在B点对反应容器降温的同时缩小容器体积，重新达到的平衡状态可能是图中A～E点中的_____点。

Answer

ac bc 0.025mol·L－1·min－1 25 v(12~13)＞v(7~8)＝v(25~27) > (49/a2)MPa-2 D

【解析】

(1)①a．可逆反应达到平衡时正逆反应速率相等，各物质的浓度不再改变，所以CH3OH的浓度不再改变可以说明反应平衡，故a符合题意；

b．生成CH3OH和消耗CO均为正反应，只要反应进行生成CH3OH的速率与消耗CO的速率就相等，不能说明反反应平衡，故b不符合题意；

c．平衡正向进行时氢气被消耗，体积分数逐渐减小，当体积分数不变时，说明反应达到平衡，故c符合题意；

d．反应物和生成物都是气体，所以气体的总质量不变，容器恒容，所以气体的密度始终不变，不能说明反应平衡，故d不符合题意；

综上所述答案为ac；

②a．正反应速率先增大后减小，说明正反应速率增大后大于逆反应速率，平衡正向移动，故a不符合题意；

b．逆反应速率先增大后减小，说明逆反应速率增大后大于正反应速率，平衡逆向移动，故b符合题意；

c．该反应焓变小于0，正反应为放热反应，平衡常数减小说明温度升高，平衡逆向移动，故c符合题意；

d．加入氢气平衡正向移动，且氢气的平衡转化率减小，故d不符合题意；

综上所述答案为bc；

(2)设平衡时△n(CO)=a，则△n(H2)=2a，△n(CH3OH)=a，则平衡时容器内n(CO)=(1.0-a)mol，n(H2)=(2.0-2a)mol，n(CH3OH)=a，根据题意有=10%，解得a=0.25mol，容器体积为2L，所以v(CH3OH)==0.025mol·L－1·min－1；氢气的转化率为=25%；7~8min、25~27min反应达到平衡状态，甲醇单位时间内的浓度变化为0，12～13min处于非平衡状态，甲醇单位时间内的浓度变化不为0，所以v(12~13)＞v(7~8)＝v(25~27)；

(3)①该反应为气体减少的反应，所以相同温度下，压强越大CO的转化率越大，a点CO的平衡转化率大于同温度下10MPa时的转化率，所以a>10；据图可知300℃、aMPa时CO的平衡转化率为80%，所以平衡时△n(CO)=0.8mol，则△n(H2)=1.6mol，△n(CH3OH)=0.8mol，所以平衡时n(CO)=0.2mol，n(H2)=0.4mol，n(CH3OH)=0.8mol，容器恒压，则p(CO)==MPa，p(H2)=MPa，p(CH3OH)=MPa，则Kp=；

②缩小容器体积压强增大，即在B点对容器降温加压，重新平衡后应位于B点的左上方，即D点。