Question

14．甲醇是重要的化工原料，在化工生產(chǎn)中有廣泛的應用．
（1）已知反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=Q
在20L的密閉容器中，按物質(zhì)的量之比1：2充入CO和H₂，測得CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度及壓強的變化如下圖所示，P₂及195℃時n（H₂）隨時間的變化如表所示：

t/min	0	1	3	5
n（H2）/mol	8	5	4	4

①O～3min，平均速率V（CH₃OH）=O.033mo1•L^-1•min^-1，Q＜0（填“＜”“=”或“＞”）．
②圖中壓強（P₁、P₂）的大小順序為P₁＜P₂，理由是相同溫度下，增大壓強CO轉(zhuǎn)化率提高．
③在P₂及195℃時，該反應的平衡常數(shù)K=25．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂），再利用速率之比等于其化學計量數(shù)之比計算v（CH₃OH）；
由圖可知，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動；
②由圖可知，相同溫度下，壓強P₂平衡時CO的轉(zhuǎn)化率更大，而正反應為氣體體積減小的反應，結(jié)合壓強對平衡移動的影響判斷；
③在20L的密閉容器中，按物質(zhì)的量之比1：2充入CO和H₂，開始氫氣的濃度為：$\frac{8mol}{20L}$=0.4mol/L，CO濃度為$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，由表中數(shù)據(jù)可知，3min到達平衡，平衡時氫氣濃度為$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，則：
              CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：0.2   0.4      0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：0.1   0.2      0.1
平衡（mol/L）：0.1   0.2      0.1
代入平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算．

解答 解：（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，3min內(nèi)參加反應氫氣為8mol-4mol=4mol，故v（H₂）=$\frac{\frac{4mol}{20L}}{3min}$=$\frac{1}{15}$mol/（L．min），速率之比等于其化學計量數(shù)之比，則v（CH₃OH）=$\frac{1}{2}$v（H₂）=$\frac{1}{2}$×$\frac{1}{15}$mol/（L•min）=0.033mol/（L•min）；
由圖可知，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，即Q＜0，
故答案為：0.033mol/（L•min）；＜；
②由圖可知，相同溫度下，壓強P₂平衡時CO的轉(zhuǎn)化率更大，而正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向正反應方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率提高，故壓強P₁＜P₂，
故答案為：P₁＜P₂；相同溫度下，增大壓強CO轉(zhuǎn)化率提高；
③在20L的密閉容器中，按物質(zhì)的量之比1：2充入CO和H₂，開始氫氣的濃度為：$\frac{8mol}{20L}$=0.4mol/L，CO濃度為：$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，由表中數(shù)據(jù)可知，3min到達平衡，平衡時氫氣濃度為：$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，則：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：0.2    0.4       0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：0.1    0.2      0.1
平衡（mol/L）：0.1    0.2      0.1
故平衡常數(shù)K=$\frac{0.1}{0.1×0．{2}^{2}}$=25，
故答案為：25．

點評 本題平衡常數(shù)計算等，題目難度中等，明確化學平衡及其影響因素為解答關(guān)鍵，掌握三段式在化學平衡計算的應用，試題培養(yǎng)了學生的化學計算能力．