Question

【題目】工業(yè)上可由水煤氣合成甲醇。

（1）還可以通過下列反應制備甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，下圖是反應時CO(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間t的變化情況，從反應開始到平衡，用CO表示平均反應速率v(CO)=__________，該反應的平衡常數表達式為__。

（2）在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO和20mol H2，CO的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如圖所示。

①下列說法不能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是_________。（填字母）

A．H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍

B．H2的體積分數不再改變

C．體系中H2的轉化率和CO的轉化率相等

D．體系中氣體的平均摩爾質量不再改變

②比較A、B兩點壓強大小PA_PB（填“＞、＜、=”）．

③若達到化學平衡狀態(tài)A時，容器的體積為20 L，如果反應開始時仍充入10 mol CO和20 mol H2，則在平衡狀態(tài)B時容器的體積V(B)=__L。

Answer 1

【答案】0.075mol·L﹣1·min﹣1 AC ＜ 4

【解析】

（1）隨反應進行，CO濃度減小、甲醇濃度增大，由圖可知，10 min到達平衡，CO濃度變化為（0.9-0.15）mol/L=0.75mol/L，根據反應速率的定義求解即可；化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出；
（2）①可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
②溫度一定時，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的轉化率增大；
③A、B溫度相同，平衡常數相同，若達到化學平衡狀態(tài)A時，容器的體積為20L，CO轉化率為50%，則轉化的CO為10mol×50%=5mol，依據三段式求出平衡常數，計算B狀態(tài)時各組分物質的量，再結合平衡常數計算體積。

（1）隨反應進行，CO濃度減小、甲醇濃度增大，由圖可知，10min到達平衡，CO濃度變化為(0.90.15)mol/L=0.75mol/L，則v(CO)==0.075molL1min1；該反應的平衡常數表達式K=，故答案為：0.075；；

（2）①A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，均表示正反應速率，反應始終按該比例關系進行，不能說明到達平衡，A項錯誤；

B.H2的體積分數不再改變是化學平衡的特征，達到了平衡，B項正確；

C. 氫氣、CO的轉化率與它們起始物質的量有關，平衡時不一定相等，若起始物質的量之比等于化學計算量之比，轉化率始終相等，C項錯誤；

D. 混合氣體總質量不變，隨反應進行，混合氣體總物質的量減小，平均摩爾質量增大，混合氣體氣體的平均摩爾質量不再改變，說明達到了平衡，D項正確；

故答案為：AC；

②溫度一定時，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的轉化率增大，故壓強PA<PB，

故答案為：<；

③若達到化學平衡狀態(tài)A時，容器的體積為20 L，CO轉化率為50%，則轉化的CO為10mol×50%=5mol，則：

CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)

起始量(mol):10 20 0

變化量(mol):5 10 5

平衡量(mol):5 10 5

平衡常數K===4，

如果反應開始時仍充入10molCO和20molH2，在平衡狀態(tài)B時CO轉化率為80%，則轉化的CO為10mol×80%=8mol，則：

CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)

起始量(mol): 10200

變化量(mol): 8168

平衡量(mol): 248

設體積為V L，則 =4，解得V=4，

故答案為：4。