Question

在压强为0.1 MPa、10L恒容的密闭容器中, 将2 mol CO与 5 mol H₂的混合气体在催化剂作用下能生成甲醇：CO(g) + 2H₂(g)CH₃OH(g)  △H＜0 请回答下列问题： 

（1）①该反应的熵变ΔS__________0（填“＞”、“＜”或“＝”）。

②若温度T₁ ＞T₂，则平衡常数K(T₁)___________K(T₂)（填“大于”、“小于”或“等于”）

③下列措施既可加快反应速率又可增加甲醇产率的是__________；

A．升高温度                                 B．将CH₃OH(g)从体系中分离

C．充入He，使体系总压强增大                 D．再充入2 mol CO和5 mol H₂

④下列可说明反应已达到化学平衡状态的是________；

A．v_生成(CH₃OH)＝v_消耗(CO)                      B．混合气体的密度不再改变

C．混合气体的平均相对分子质量不再改变         D．CO与H₂浓度比不再变化

（2）若温度T₂时，5min后反应达到平衡，CO的转化率为75%，则：

①平衡时体系总的物质的量为________mol；

②反应的平衡常数K=______________；

③反应在0-5min区间的平均反应速率v(H₂)=____________。

Answer

＜小于DCD4.00.75 L2/mol20.06 mol·L－1·min－1

【解析】(1)①该反应中，反应物的系数和大于产物气体系数和，所以该反应是熵减的反应，熵变小于零；
②该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，故平衡常数K(T1)小于K(T2)；
③A．升高温度，化学反应速率加快，平衡逆向进行，会减小甲醇产率，故A错误；B．将CH3OH(g)从体系中分离，化学反应速率减慢，平衡正向移动，提高甲醇的产率，故B错误；C．充入He，使体系总压强增大，体积不变，各组分浓度不变，所以化学反应速率不变，平衡不会移动，不会改变甲醇产率，故C错误；D．再充入2 mol CO和5 mol H2，增大压强，化学反应速率加快，平衡正向移动，有利提高甲醇的产率，故D正确；故答案为D；
④CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)；A．v生成(CH3OH)是正反应速率，v消耗(CO)也是反应速率，故不能说明达到平衡状态，故A错误；B．密度=，总质量不变，体积不变，故混合气体的密度不变，故混合气体的密度不再改变不能说明达到平衡状态，故B错误；C．平均相对分子质量=，总质量不变，总物质的量会变，故混合气体的平均相对分子质量不再改变说明达到平衡状态，故C正确；D．CO与H2浓度比不再变化，说明达到平衡状态，故D正确；故答案为CD；
(2)①若温度T2时，5 min后反应达到平衡，CO的转化率为75%，则反应的CO的物质的量为：2 mol×75%=1.5 mol，反应的氢气的物质的量为：1.5mol×2=3 mol，平衡时CO的物质的量为：2-1.5=0.5 mol，氢气的物质的量为5-3=2 mol，甲醇的物质的量为1.5 mol，故平衡时体系总的物质的量为0.5+2+1.5=4 mol；
②平衡时CO的物质的量为0.5 mol，氢气的物质的量为2 mol，甲醇的物质的量为1.5 mol，则平衡常数K==75 L2/mol2；

③反应的氢气的物质的量为3mol，故v(H2)==0.06  mol•L-1•min-1。

点睛：考查化学反应速率的影响因素及相关计算，化学平衡移动原理及平衡标志的判断，化学平衡常数的相关计算等知识；化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断，得出正确结论；难点是平衡常数的计算。