Question

由于溫室效應(yīng)和資源短缺等問(wèn)題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開(kāi)發(fā)利用，引起了各國(guó)的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂生產(chǎn)燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖1表示該反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中能量（單位為kJ?mol^-1）的變化．
（1）關(guān)于該反應(yīng)的下列說(shuō)法中，正確的是

 

．（填字母）
A．△H＞0，△S＞0     B．△H＞0，△S＜0    C．△H＜0，△S＜0    D．△H＜0，△S＞0且在

 

（填“較高”或“較低”）溫度下有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行．
（2）該反應(yīng)平衡常數(shù)K的表達(dá)式為

 

．
（3）下列情況不能說(shuō)明該反應(yīng)一定達(dá)到平衡的是

 

A．混合氣體的平均平均相對(duì)分子質(zhì)量不變       B．混合氣體的壓強(qiáng)不變
C．單位時(shí)間內(nèi)生成3mol H-H鍵，同時(shí)生成2mol H-O鍵
D．混合氣體中c （CO₂）：c （H₂）=1：3
（4）溫度降低，平衡常數(shù)K

 

（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（5）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，用H₂濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v（H₂）為

 

  mol?L^-1?min^-1，CO₂和H₂的轉(zhuǎn)化率比是

 

（6）下列措施中能使（5）題中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的有

 

．（填字母）
A．升高溫度             B．加入催化劑       C．將H₂O（g）從體系中分離
D．充入He（g），使體系總壓強(qiáng)增大           E．再充入1molCO₂和3molH₂
（7）若在另一個(gè)密閉容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，保持壓強(qiáng)不變，并使初始體積與題中容器體積相等，且在相同的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)該容器中的CO₂的體積百分?jǐn)?shù)

 

 （5）題中的CO₂的體積百分?jǐn)?shù)．（“＞”或“＜”或“=”，下同）
（8）若為兩個(gè)容積相同的密閉絕熱容器，現(xiàn)向甲容器中充入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），乙容器中充入1mol CH₃OH（g）和1mol H₂O（g），在相同的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，甲容器內(nèi)n（CH₃OH）

 

 乙容器內(nèi)n（CH₃OH）．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn),化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計(jì)算

專(zhuān)題：化學(xué)平衡專(zhuān)題

分析：（1）由圖1可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，由方程式可知，該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體的物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，故正反應(yīng)為熵減過(guò)程；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書(shū)寫(xiě)；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)特征判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)；
（4）該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，平衡常數(shù)增大；
（5）由圖2可知，甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）；根據(jù)加入CO₂和H₂的物質(zhì)的量之比和轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量之比獲得轉(zhuǎn)化率之比；
（6）使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，改變條件使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但只增大二氧化碳的濃度會(huì)使該比值減�。�
（7）比較該加入反應(yīng)物條件下與（5）的壓強(qiáng)比較，再比較容器中的CO₂的體積百分?jǐn)?shù)；
（8）溫度始終不變，從不同方向建立化學(xué)平衡，其熱效應(yīng)不同，據(jù)此判斷．

解答： 解：（1）由圖1可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，由方程式可知，該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體的物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，故正反應(yīng)為熵減過(guò)程，即△S＜0；
故選C；
（2）可逆反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的化學(xué)平衡常數(shù)k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO)?c3(H2)

，故答案為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO)?c3(H2)

；
（3）A．M=

m

n

，氣體的質(zhì)量不變，但是反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不同，則平均相對(duì)分子質(zhì)量也會(huì)隨著反應(yīng)的進(jìn)行而變化，當(dāng)平均相對(duì)分子質(zhì)量不變時(shí)，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故A正確；
B．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不同，則反應(yīng)前后氣體壓強(qiáng)不同，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故B正確；
C．單位時(shí)間內(nèi)生成3mol H-H鍵，同時(shí)生成2mol H-O鍵，均為正反應(yīng)方向，不能判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．并不能說(shuō)明各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，不能判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
故選：C、D；  
（4）該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，平衡常數(shù)增大；
故答案為：增大；
（5）由圖2可知，10min達(dá)平衡時(shí)甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，所以v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min）；由于加入1molCO₂和3molH₂，起始的物質(zhì)的量之比為1：3，轉(zhuǎn)化的和3molH₂之比也為1：3，則二者轉(zhuǎn)化率之比同樣為1：1，故答案為：0.225，1：1；
（6）使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，改變條件使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但只增大二氧化碳的濃度會(huì)使該比值減�。�
A．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯(cuò)誤；
B．加入催化劑，平衡不移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．充入He（g），反應(yīng)混合物的濃度不變，變化不移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故D錯(cuò)誤；
E．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強(qiáng)，平衡正反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故E正確；
故選C、E；
（7）恒容條件下，該反應(yīng)前氣體物質(zhì)的量大于反應(yīng)后氣體物質(zhì)的量，隨著反應(yīng)進(jìn)行體系壓強(qiáng)減小，不利于反應(yīng)的正向進(jìn)行，恒壓條件下，壓強(qiáng)大于恒容條件下壓強(qiáng)，所以CO₂的體積百分?jǐn)?shù)小于（5）題中的CO₂的體積百分?jǐn)?shù)，故答案為：＜；
（8）溫度始終不變，甲容器中充入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），建立化學(xué)平衡時(shí)，放出熱量，溫度不變有利于反應(yīng)的進(jìn)行，乙容器中充入1mol CH₃OH（g）和1mol H₂O（g），吸收熱量，溫度不變不利于反應(yīng)的進(jìn)行，即甲容器內(nèi)n（CH₃OH）小于乙容器內(nèi)n（CH₃OH），故答案為：＜．

點(diǎn)評(píng)：考查平衡圖象、化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算、反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響因素等，難度不大，注意基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握，其中第（8）難度較大．