Question

甲醇是重要的化学工业基础原料和液体燃料。工业上可利用CO或CO₂来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：

化学反应	平衡常数	温度(℃）
500	800
①2H2(g）+CO(g）CH3OH(g）	K1	2.5	0.15
②H2(g）+CO2(g）H2O(g）+CO(g）	K2	1.0	2.50
③3H2(g）+CO2(g） CH3OH(g）+H2O(g）	K3

（1）某温度下反应①中H₂的平衡转化率(a）与体系总压强(P）的关系如图所示。则平衡状态由A变到B时，平衡常数K_(A）             K_(B）(填“＞”、“＜”或“＝”）。

（2）反应②是            (填“吸热”或“放热”）反应。

（3）判断反应③△H           0；△S          0(填“>”“=”或“<”）

在500℃、2L的密闭容器中，进行反应③，测得某时刻H₂、CO₂、 CH₃OH、H₂O的物质的量分别为6mol、2 mol、10 mol、10 mol，此时v_(正）           v_(逆） (填“>”“=”或“<”）

（4）一定温度下，在3 L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c(CO）与反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示，若在t₀时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。

当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是                    。

当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是                   。

（5）一定温度下，C(s）和水蒸气在密闭容器中，建立平衡状态：C(s）+H₂O(g）CO(g）+H₂(g）；ΔH>0。

①平衡时混合气体的平均相对分子质量M_r(平）的取值范围为__________>M_r(平）>__________。

②若使用CO和H₂从逆反应方向在相同温度下建立平衡，则平衡混合气体的平均相对分子质量M′_r(平）的取值范围为__________>M′_r(平）>__________。

Answer

（1）=；（2）吸热；

（3）<、<；>

（4）加入催化剂；将容器的体积压缩至2L；

（5）①18；15；②28；2。

【解析】

试题分析：（1）化学平衡常数只受温度影响，温度不变其不变，所以KA=KB；故答案为：=；

（2）分析图表数据，反应②平衡常数随温度升高增大，平衡正向进行，正反应是吸热反应，故答案为：吸热；

（3）反应③3H2(g）+CO2(g）CH3OH(g）+H2O(g），分析三个反应的平衡常数表达式可知平衡常数K3=K1×K2，计算不同温度下反应③的平衡常数，500°C时，K3=K1×K2=2.5×1.0=2.5，800°C时，K3=K1×K2=2.5×0.15=0.375，结合温度变化分析，随温度升高，平衡常数减小，平衡逆向进行，所以判断反应是放热反应，反应中气体的物质的量减少，熵减小；在500℃、2L的密闭容器中，进行反应③，测得某时刻H2、CO2、 CH3OH、H2O的物质的量分别为6mol、2 mol、10 mol、10 mol，则H2(g）、CO2(g）、CH3OH(g）、H2O (g）的浓度(mol/L）分别为3、1、5、5，Q==0.93＜K=2.5，反应正向进行，V正＞V逆，故答案为：< 、<；＞；

（4）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变，曲线Ⅰ，体积为3L，一氧化碳浓度为3mol/L，改变条件不好为曲线Ⅱ，一氧化碳浓度为4.5mol/L，则体积压缩体积为：3：V=4.5：3，V=2L，所以将容器的体积快速压缩至2L符合；故答案为：加入催化剂；将容器的体积快速压缩至2L；

（5）①反应前平均相对分子质量即为水蒸气的相对分子质量为18，假设C和水完全转化为CO和氢气，则生成2molCO和 2mol氢气，Mr= = = 15 g/mol，所以平均相对分子质量为15，故答案为：18；15；

②若使用CO和H2从逆反应方向在相同温度下建立平衡，则平衡混合气体的平均相对分子质量介于一氧化碳和氢气的相对分子质量之间，即28>M′r(平）>2，故答案为：28；2。

考点：考查了化学平衡影响因素、平衡常数计算、混合气体平均相对分子质量的求算的相关知识。