Question

【題目】工業上常用CO和H2合成甲醇，反應方程式為：

CO (g) +2H2 (g) CH3OH (g) △H，在T1℃時，體積為2L的恒容容器中充入物質的量之和為3mol的H2和CO，達到平衡時CH3OH的體積分數(V%)與n(H2)：n(CO)的關系如圖1所示。

(1)當起始n (H2)：n(CO) =2，經過5min達到平衡，此時容器的壓強是初始壓強的0.7倍，則0～5min內平均反應速率v(H2)=____。若此時再向容器中加入0.15 mol CO (g)和0.05 mol CH3OH (g)，達新平衡時H2的轉化率將_______（選填“增大”、“減小”或“不變”）。

(2)當起始n (H2)：n(CO) =3.5時，達到平衡狀態后，CH3OH的體積分數可能是圖象中的_____點（選填“D”、“E”或“F”）。

(3)由圖2可知該反應的△H_____0（選填“>”、“<”或“=”，下同），壓強pl____p2；當壓強為p2時，在y點：v（正）____v（逆）。

Answer 1

【答案】 0.09molL-1min-1 增大 F ＞ ＞ ＞

【解析】試題分析：本題考查化學平衡和化學反應速率的計算，化學平衡圖像的分析。

（1）H2和CO物質的量之和為3mol，當起始n (H2)：n(CO) =2，起始加入2molH2和1molCO，設CO從起始到平衡轉化物質的量為x，用三段式

CO (g) +2H2 (g) CH3OH (g)

n（起始）（mol） 1 2 0

n（起始）（mol） x 2x x

n（起始）（mol） 1-x 2-2x x

平衡時容器的壓強是初始壓強的0.7倍，1-x+2-2x+x=0.73，解得x=0.45mol，平衡時CO、H2、CH3OH（g）的物質的量依次為0.55mol、1.1mol、0.45mol，則0～5min內平均反應速率υ(H2)=0.9mol2L5min=0.09molL-1min-1。該反應的化學平衡常數為（0.45mol2L）/[（0.55mol2L）（1.1mol2L）2]=2.70；此時再向容器中加入0.15 mol CO (g)和0.05 mol CH3OH (g)，瞬時濃度商Q=（0.5mol2L）/[（0.7mol2L）（1.1mol2L）2]=2.362.70，反應正向進行，達新平衡時H2的轉化率將增大。

（2）根據規律，當起始n (H2)：n(CO)=2:1即等于化學計量數之比，達到平衡時CH3OH（g）的體積分數最大。當起始n (H2)：n(CO) =3.5時，達到平衡狀態后，CH3OH的體積分數小于最大值，可能是圖象中的F點。

（3）由圖像知升高溫度CO的轉化率增大，升高溫度平衡正向移動，所以ΔH0。由圖像知在相同溫度下，p1時CO的轉化率大于p2時CO的轉化率，該反應的正反應為氣體分子數減小的反應，壓強越大CO的轉化率越大，則p1p2。當壓強為p2時，y點CO的轉化率小于平衡x點CO的轉化率，在y點反應正向進行，在y點：υ正）υ（逆）。