Question

能源短缺是人類社會面臨的重大問題。甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景。工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)為：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)；ΔH
（1）已知，該反應(yīng)在300℃，5MPa條件下能自發(fā)進行，則ΔH     0，△S    0（填“＜，＞或＝”）。
（2）在300℃，5MPa條件下，將0.20mol的 CO與0.58mol H₂的混合氣體充入2L密閉容器發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過程中甲醇的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化如圖所示。

①在0～2min內(nèi)，以H₂表示的平均反應(yīng)速率為         mol·L^-1·s^-1 ，CO的轉(zhuǎn)化率為        。
②列式計算300℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝                                  。
③300℃時，將0.50mol CO、1.00mol H₂和1.00 mol CH₃OH充入容積為2L的密閉容器中，此時反應(yīng)將          。
A．向正方向移動   B．向逆方向移動   C．處于平衡狀態(tài)   D．無法判斷
④下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是           。
A．壓縮容器體積                B．將CH₃OH(g)從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強增大   D．再充入0.20mol CO和0.58mol H₂
（3）若其它條件不變，使反應(yīng)在500℃下進行，在圖中作出甲醇的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化的示意圖。

Answer 1

（1）＜ ＜（各1分）（2）①0.02  20%（各2分）
②K＝＝＝4（3分）③B（2分） ④ABD（2分）
（3）（2分）

解析試題分析：（1）根據(jù)△G＝△H－T·△S可知，只要△G小于0，反應(yīng)就是自發(fā)的。反應(yīng)CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)是熵值減小的可逆反應(yīng)，所以根據(jù)該反應(yīng)CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)在300℃，5MPa條件下能自發(fā)進行可知，該反應(yīng)的ΔH＜0，△S＜0。
（2）①根據(jù)圖像可知，反應(yīng)進行到2min時達到平衡狀態(tài)，此時甲醇的濃度是0.02mol/L，則根據(jù)方程式可知消耗氫氣的濃度是0.04mol/L，所以在0～2min內(nèi)，以H₂表示的平均反應(yīng)速率為0.04mol/L÷2min＝0.02mol/(L1min)。又因為消耗CO的物質(zhì)的量濃度是0.02mol/L，而CO的起始濃度＝0.2mol/L＝2L＝0.1mol/L，所以CO的轉(zhuǎn)化率＝×100%＝20%。
②根據(jù)①中分析可知，平衡時氫氣和CO的濃度分別是0.58mol÷2L－0.04mol/L＝0.25mol/L，0.1mol/L－0.02mol/L＝0.08mol/L，而甲醇的平衡濃度是0.02mol/L。由于化學平衡常數(shù)是在一定條件下，當可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝4。
②300℃時，將0.50mol CO、1.00mol H₂和1.00 mol CH₃OH充入容積為2L的密閉容器中，此時濃度商＝＝＝8＞4，所以反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動，答案選B。
④該反應(yīng)是體積減小的放熱的可逆反應(yīng)，則A、壓縮容器體積壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，甲醇的產(chǎn)率增大，A正確；B、將CH₃OH(g)從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方向移動，甲醇產(chǎn)率增大，B正確；C．充入He，使體系總壓強增大，平衡不移動，甲醇產(chǎn)率不變，C不正確；D．再充入0.20mol CO和0.58mol H₂，平衡向正反應(yīng)方向移動，甲醇的產(chǎn)率增大，D正確，答案選ABD。
（3）由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以若其它條件不變，使反應(yīng)在500℃下進行，反應(yīng)速率增大，達到平衡的時間減少，但不利于平衡向正反應(yīng)方向移動，因此甲醇的濃度降低，所以甲醇的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化的示意圖為。
考點：考查反應(yīng)自發(fā)性應(yīng)用、轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)計算、外界條件對平衡狀態(tài)的影響以及圖像分析與作圖等