Question

【題目】固定和利用CO2，能有效地利用資源，并減少空氣中的溫室氣體。工業(yè)上正在研究利用CO2來生產(chǎn)甲醇燃料的方法，該方法的化學(xué)方程式是：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H= -49.0 kJ/mol

某科學(xué)實驗將6 mol CO2和8 mol H2充入一容積為2 L的密閉容器中（溫度保持不變），測得H2的物質(zhì)的量隨時間變化如右圖中實線所示（圖中字母后的數(shù)字表示對應(yīng)的坐標）：

回答下列問題：

(1)該反應(yīng)在_____條件下能自發(fā)進行（填編號）。

A.高溫 B.低溫 C.任何溫度

(2)該反應(yīng)在0～8 min內(nèi)CO2的平均反應(yīng)速率是_________mol/(Lmin)。

(3)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_______。

(4)僅改變某一條件再進行實驗，測得H2的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中虛線所示。與實線相比，曲線Ⅰ改變的條件可能是__________，曲線Ⅱ改變的條件可能是_______________。

若實線對應(yīng)條件下平衡常數(shù)為K，曲線Ⅰ對應(yīng)條件下平衡常數(shù)為K1，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)條件下平衡常數(shù)為K2，則K、K1和K2的大小關(guān)系是______________。

(5)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡理論，聯(lián)系化工生產(chǎn)實際，你認為下列說法不正確的是

________。

A.化學(xué)反應(yīng)速率理論可指導(dǎo)怎樣在一定時間內(nèi)快出產(chǎn)品

B.有效碰撞理論可指導(dǎo)怎樣提高原料的轉(zhuǎn)化率

C.勒夏特列原理可指導(dǎo)怎樣使用有限原料多出產(chǎn)品

D.催化劑的使用是提高產(chǎn)率的有效方法

E.正確利用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)反應(yīng)限度都可以提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益

Answer 1

【答案】B 0.125 mol/(Lmin) 0.5 升高溫度 增大壓強 K1＜K2=K BD

【解析】

(1)根據(jù)反應(yīng)的自由能△G=△H-T△S<0分析；

(2)先計算0～8 min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率，然后利用速率關(guān)系計算；

(3)根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義書寫計算。

(4)虛線I達到平衡時間比實線短，且平衡時n(H2)物質(zhì)的量多；根據(jù)外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響因素分析。

根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，結(jié)合該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，化學(xué)平衡常數(shù)減小分析。

(5)根據(jù)外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響及定義分析判斷。

(1)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H= -49.0 kJ/mol若要自發(fā)進行，△G=△H-T△S<0，由于△H<0，△S<0，要使△H-T△S<0，則反應(yīng)的溫度T<0，故合理選項是B。(2)根據(jù)圖示可知在0～8 min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率v(H2)=mol/(L·min)，根據(jù)方程式可知v(CO2)：v(H2)=1：3，所以v(CO2)=v(H2)=×mol/(L·min)=0.125 mol/(L·min)；

(3)在反應(yīng)開始時，n(H2)=8mol，n(CO2)=6mol，達到平衡時n(H2)=2mol，反應(yīng)消耗了6mol，所以根據(jù)反應(yīng)方程式中物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知：CO2反應(yīng)消耗2mol，平衡時n(CO2) =4mol，n(CH3OH)=2mol，n(H2O)=2mol，容器的容積為2L，則各物質(zhì)的平衡濃度：c(H2)==1mol/L，c(CO2) =2mol/L，c(CH3OH)=c(H2O)=1mol/L，由于化學(xué)平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時各種生成物濃度冪之積與各種反應(yīng)物濃度冪之積的比，所以該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==0.5；

(4)虛線I達到平衡時間比實線短，說明反應(yīng)速率快，且平衡時n(H2)物質(zhì)的量多，說明改變條件使平衡逆向移動又可以提高反應(yīng)速率，可能是升高反應(yīng)溫度；

虛線II達到平衡時間比實線短，說明反應(yīng)速率快，且平衡時n(H2)物質(zhì)的量減少，說明改變條件使平衡正向移動又可以提高反應(yīng)速率，可能是增大體系的壓強；

化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，由于I是升高溫度，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，化學(xué)平衡常數(shù)減小，所以K1<K；反應(yīng)II是增大壓強，反應(yīng)溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，因此K2=K，所以化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系是K1＜K2=K；

(5)A.化學(xué)反應(yīng)速率是衡量化學(xué)反應(yīng)進行的快慢程度的物理量，所以化學(xué)反應(yīng)速率理論可指導(dǎo)我們在一定時間內(nèi)快出產(chǎn)品，多出產(chǎn)品，選項A正確；

B.能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞為有效碰撞，所以有效碰撞理論可指導(dǎo)怎樣使化學(xué)反應(yīng)速率加快，與如何提高原料的轉(zhuǎn)化率無關(guān)，選項B錯誤；

C.勒夏特列原理也就是化學(xué)平衡移動原理，可指導(dǎo)怎樣使用有限原料多出產(chǎn)品，提高原料轉(zhuǎn)化率，選項C正確；

D.催化劑的使用可提高反應(yīng)速率，由于對正、逆反應(yīng)速率影響相同，因此不能提高產(chǎn)率，選項D錯誤；

E.正確利用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)反應(yīng)限度可以盡快達到化學(xué)平衡，使化學(xué)平衡向有利于生產(chǎn)產(chǎn)品的方向進行，因此都可以達到提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益的目的，選項E正確；

答案選BD。