Question

【題目】在工業上常用CO與H2合成甲醇，熱化學方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－574.4 kJ·mol－1。

（1）下圖是表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入5mol H2和一定量的CO后，CO和CH3OH（g）的濃度隨時間變化情況。反應第10分鐘達到平衡，從反應開始到平衡，用H2表示平均反應速率v(H2)=__mol/(L·min），且反應前后體系的壓強之比為____。

（2）在一容積可變的密閉容器中充有10 mol CO和20 mol H2。CO的平衡轉化率與溫度(T)、壓強(p)的關系如圖所示。

①A、B、C三點對應的平衡常數KA、KB、KC的大小關系為_____。

②若達到平衡狀態A時，容器的體積為10 L，則在平衡狀態B時容器的體積為__L。

Answer 1

【答案】0.15mol·L-1·min-1 7：4 KA＝KB>KC 2

【解析】

（1）根據圖1所示信息，根據v=c/t計算出v（CO）反應速率，再根據速率之比和系數成正比計算出 v（H2）反應速率；根據氣體的壓強之比等于氣體的物質的量之比進行計算。

（2）①平衡常數與溫度有關，CO與H2反應生成甲醇的反應為放熱反應，據此進行分析；

②根據在同一溫度下，平衡常數不變的規律，結合圖給信息進行分析。

（1）由圖1可知，起始時CO為的濃度為1mol/L，反應減小的CO的濃度為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min時達到平衡，則用CO表示的反應速率為：0.75mol/L÷10min=0.075 mol·L-1·min-1，根據速率比和系數成正比可知，用H2表示平均反應速率v(H2)=2v（CO）=2×0.075 mol·L-1·min-1= 0.15mol·L-1·min-1；由圖1可知，起始時CO為的濃度為1mol/L，容器的體積為2L，n（CO）=2mol；n（H2）=5mol；反應達平衡后，n（CO）=0.25mol/L×2L=0.5mol，n（H2）=5mol-0.15mol·L-1·min-1×2L×10min=2mol；n( CH3OH )=0.75mol/L×2L=1.5mol；其它條件不變，氣體的壓強之比等于氣體的物質的量之比，所以反應前后體系的壓強之比為：（2+5）：（0.5+2+1.5）=7：4；

故答案是：0.15mol·L-1·min-1 ；7：4；

（2）①平衡常數與溫度有關，CO與H2反應生成甲醇的反應為放熱反應，則溫度升高，平衡常數減小，則KC<KA，A點與B點的溫度相同，KA=KB，所以三者的關系為KA＝KB>KC；

故答案是：KA＝KB>KC；

②若達到平衡狀態A時，容器的體積為10 L，狀態A與B的平衡常數相同，狀態A時CO的轉化率為0.5，則平衡時CO的物質的量是10mol×（1-0.5）=5mol，濃度是0.5mol/L；c（H2）=1mol/L，生成甲醇的物質的量是5mol，濃度為0.5mol/L；所以平衡常數KA=1；設狀態B時容器的體積是VL，狀態B時CO的轉化率是0.8，則平衡時，CO的物質的量是2/Vmol/L，氫氣的物質的量濃度是4/Vmol/L，生成甲醇的物質的量濃度是8/Vmol/L，則KB=8/V÷[2/V×(4/V)2]=1，解得V=2；

答案是：2。