Question

12．已知CO₂可以生產(chǎn)綠色燃料甲醇．CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-187.4kJ/mol．300℃時(shí)的恒容密閉容器中，當(dāng)c（CO₂）=1.00mol．L^-1、c（H₂）=1.60mol．L^-1
開始反應(yīng)，結(jié)果如右圖所示，回答下列問(wèn)題：
（1）使用催化劑 I時(shí)，反應(yīng)在10小時(shí)內(nèi)的平均反應(yīng)速率：
V（H₂）=0.054mol．（L．h）^-1．
（2）下列敘述正確的是AD．（雙選）
A．當(dāng)容器內(nèi)氣體的密度不再改變時(shí)，反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)
B．充入氬氣増大壓強(qiáng)有利于提髙CO₂的轉(zhuǎn)化率
C．CO₂平衡轉(zhuǎn)化率：在上述反應(yīng)條件下，催化劑II比催化劑I高
D．催化效率：在上述反應(yīng)條件下，催化劑II比催化劑I高
（3）根椐圖中數(shù)據(jù)，計(jì)算此反應(yīng)在300℃時(shí)的平衡常數(shù)．（寫出計(jì)箅過(guò)程）
（4）將上述平衡體系升溫至400℃，平衡常數(shù)_：K（400℃）＜ K（300℃） （填＜、=或＞）．
（5）其它條件不變，若上述反應(yīng)在催化劑Ⅱ，400℃下達(dá)到平衡，請(qǐng)?jiān)谏蠄D畫出CO₂轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化圖．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)在10小時(shí)內(nèi)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率計(jì)算出消耗二氧化碳的物質(zhì)的量濃度，再計(jì)算出用二氧化碳表示的平均反應(yīng)速率，最后根據(jù)反應(yīng)速率與化學(xué)計(jì)量數(shù)的關(guān)系計(jì)算出用氫氣表示的反應(yīng)速率；
（2）A、該反應(yīng)兩邊都是氣體，容器容積不變，所以密度始終不變；
B、充入稀有氣體，不影響反應(yīng)體系中各組分濃度，化學(xué)平衡不移動(dòng)；
C、催化劑只影響反應(yīng)速率，不影響化學(xué)平衡；
D、根據(jù)圖示可知，在催化劑Ⅱ作用下的反應(yīng)速率大于比催化劑Ⅰ作用下的反應(yīng)速率；
（3）根據(jù)圖象中達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率、利用化學(xué)平衡三段式求算出達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各組分的濃度，然后利用平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算出該溫度下的平衡常數(shù)；
（4）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡向著逆向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減小；
（5）升高溫度，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡的時(shí)間減少，但CO₂的轉(zhuǎn)化率降低．

解答 解：（1）用催化劑I時(shí)，反應(yīng)在10小時(shí)內(nèi)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為0.18，二氧化碳的濃度變化為：1.00mol•L^-1×0.18=0.18mol/L，則反應(yīng)在10小時(shí)內(nèi)二氧化碳的平均反應(yīng)速率為：v（CO₂）=$\frac{0.18mol/L}{10h}$=0.018mol•（L•h）^-1，則v（H₂）=3v（CO₂）=0.054mol•（L•h）^-1，
故答案為：0.054；
（2）A、該反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，容器的容積固定，所以混合氣體的密度始終不變，故當(dāng)容器內(nèi)氣體的密度不再改變時(shí)，反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B、充入氬氣增大壓強(qiáng)，但是反應(yīng)體系中各組分的濃度不變，化學(xué)平衡不發(fā)生移動(dòng)，所以CO₂的轉(zhuǎn)化率不變，故B錯(cuò)誤；
C、催化劑不影響化學(xué)平衡，所以CO₂平衡轉(zhuǎn)化率在上述反應(yīng)條件下，催化劑Ⅱ與催化劑Ⅰ的轉(zhuǎn)化率相等，故C錯(cuò)誤；
D、在上述反應(yīng)條件下，催化劑Ⅱ的反應(yīng)速率大于催化劑Ⅰ的，說(shuō)明催化劑Ⅱ比催化劑Ⅰ的催化效率高，故D正確；
故選AD；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）1.00 1.60 0 0
變化濃度（mol/L）0.20 0.60 0.20 0.20
平衡濃度（mol/L）0.80 1.0 0.20 0.20
K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.2×0.2}{0.8×1．{0}^{3}}$L²•mol^-2=0.050L²•mol^-2，
故答案為：0.050 L²•mol^-2；
（4）由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度增大，化學(xué)平衡向著逆向移動(dòng)，反應(yīng)物濃度減小，生成物濃度增大，化學(xué)平衡常數(shù)增大，故平衡常數(shù)K（400℃）＜K（300℃），
故答案為：＜；
（5）升高溫度，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡的時(shí)間減少，但CO₂的轉(zhuǎn)化率降低，所以圖象是：
，故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、影響化學(xué)反應(yīng)速率因素、熱化學(xué)方程式書寫及蓋斯定律的應(yīng)用等知識(shí)，題目難度中等，注意掌握化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式及計(jì)算方法，明確蓋斯定律的含義及其應(yīng)用方法．