Question

【題目】目前工業(yè)上可利用CO或CO2來生產(chǎn)燃料甲醇，某研究小組對(duì)下列有關(guān)甲醇制取的三條化學(xué)反應(yīng)原理進(jìn)行探究。已知在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)(K1、K2、K3)如下表所示：

請(qǐng)回答下列問題：

(1)反應(yīng)②是__________(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。

(2)根據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3=___________(用K1、K2表示)；根據(jù)反應(yīng)③判斷△S__________0(填“＞”、“=”或“＜”)，在____________(填“較高”或“較低”)溫度下有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。

(3)要使反應(yīng)③在一定條件下建立的平衡逆向移動(dòng)，可采取的措施有______________(填寫字母序號(hào))。

a．縮小反應(yīng)容器的容積

b．?dāng)U大反應(yīng)容器的容積

c．升高溫度

d．使用合適的催化劑

e．從平衡體系中及時(shí)分離出CH3OH

(4)500℃時(shí)，測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)刻，CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度分別為0.1mol·L-1、0.8mol·L-1、0.3mol·L-1、0.15mol·L-1，則此時(shí)v正__________v逆(填“＞”、“=”或“＜”)。

(5)某興趣小組研究反應(yīng)②的逆反應(yīng)速率在下列不同條件隨時(shí)間的變化曲線，開始時(shí)升溫，t1時(shí)平衡，t2時(shí)降壓，t3時(shí)增加CO濃度，t4時(shí)又達(dá)到平衡．請(qǐng)畫出t2至t4的曲線______。

Answer 1

【答案】吸熱 K1·K2 < 較低 bc >

【解析】

（1）反應(yīng)②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，說明升高溫度平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；

（2）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算平衡常數(shù)，在結(jié)合合溫度變化分析平衡常數(shù)的變化；

（3）a縮小反應(yīng)容器的容積，縮小反應(yīng)容器的容積，壓強(qiáng)增大，平衡向正向移動(dòng)，故a錯(cuò)誤；
b擴(kuò)大反應(yīng)容器的容積，擴(kuò)大反應(yīng)容器的容積，壓強(qiáng)減小，平衡逆向移動(dòng)，故b正確；
c由于K3=K1×K2，由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度平衡常數(shù)減小，平衡逆向移動(dòng)，故c正確；
d使用合適的催化劑，可以加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，故d錯(cuò)誤；
f從平衡體系中及時(shí)分離出CH3OH，生成物濃度減小，平衡正向移動(dòng)，故f錯(cuò)誤；

（4）根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)的比較判斷；

（5）反應(yīng)②CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）是氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，反應(yīng)的逆反應(yīng)速率在下列不同條件隨時(shí)間的變化曲線，開始時(shí)升溫，逆反應(yīng)速率增大，t1時(shí)平衡，t2時(shí)降壓，逆反應(yīng)速率減小，平衡不變，t3時(shí)增加CO濃度，此時(shí)刻逆反應(yīng)速率增大，隨反應(yīng)進(jìn)行減小，達(dá)到平衡狀態(tài)大于t2-t3平衡狀態(tài)的逆反應(yīng)速率，t4時(shí)又達(dá)到平衡，依據(jù)反應(yīng)速率影響分析繪制出去下變化。

（1）反應(yīng)②平衡常數(shù)隨溫度升高增大，說明升高溫度平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，
故答案為：吸熱；
（2）反應(yīng)①+②可得反應(yīng)③，則平衡常數(shù)K3=K1×K2，反應(yīng)③3H2（g）+CO2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）是氣體體積減小的反應(yīng)△S<0，計(jì)算不同溫度下反應(yīng)③的平衡常數(shù)，500°C時(shí)，K3=K1×K2=2.5×1.0=2.5，800°C時(shí)，K3=K1×K2=2.50×0.15=0.375，結(jié)合溫度變化分析，隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，平衡逆向進(jìn)行，所以判斷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，焓變△H<0，根據(jù)△H-T△S<0,確定反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行；

答案：K1×K2；<；較低；
（3）a縮小反應(yīng)容器的容積，縮小反應(yīng)容器的容積，壓強(qiáng)增大，平衡向正向移動(dòng)，故a錯(cuò)誤；
b擴(kuò)大反應(yīng)容器的容積，擴(kuò)大反應(yīng)容器的容積，壓強(qiáng)減小，平衡逆向移動(dòng)，故b正確；
c由于K3=K1×K2，由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度平衡常數(shù)減小，平衡逆向移動(dòng)，故c正確；
d使用合適的催化劑，可以加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，故d錯(cuò)誤；
f從平衡體系中及時(shí)分離出CH3OH，生成物濃度減小，平衡正向移動(dòng)，故f錯(cuò)誤；
答案：bc

（4）500℃時(shí)K3=K1×K2=2.5，濃度商Qc==0.088<K=2.5，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，故v（正）>v（逆）；
答案：>
（5）反應(yīng)②CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）是氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，反應(yīng)的逆反應(yīng)速率在下列不同條件隨時(shí)間的變化曲線，開始時(shí)升溫，逆反應(yīng)速率增大，t1時(shí)平衡，t2時(shí)降壓，逆反應(yīng)速率減小，平衡不變，t3時(shí)增加CO濃度，此時(shí)刻逆反應(yīng)速率增大，隨反應(yīng)進(jìn)行減小，達(dá)到平衡狀態(tài)大于t2-t3平衡狀態(tài)的逆反應(yīng)速率，t4時(shí)又達(dá)到平衡，依據(jù)反應(yīng)速率影響分析繪制出去下變化；畫出t2至t4的曲線為如圖所示：

答案：