Question

【題目】降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用 CO2，目前工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。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1mol CO2和3mol H2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.0kJ/mol。測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如圖所示。

（1）從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)＝___________________mol/(L·min)；

（2）氫氣的轉(zhuǎn)化率＝________________________；

（3）反應(yīng)過程中，下列能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是______________________。

a．體系壓強(qiáng)保持不變　　　　　　 　　　

b．混合氣體密度保持不變

c．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變

d．CO2的消耗速率等于CH3OH的生成速率

e．CO2與CH3OH的物質(zhì)的量濃度相等

（4）該反應(yīng)的平衡常數(shù)為__________________________ (保留小數(shù)點(diǎn)后2位)；

（5）下列措施中能使平衡體系中n(CH3OH)/n(CO2)增大的是_____________________。

A．升高溫度

B．充入He(g)，使體系壓強(qiáng)增大

C．將H2O(g)從體系中分離出去

D．再充入1mol H2

（6）當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，H2的物質(zhì)的量濃度為c1，然后向容器中再加入一定量H2，待反應(yīng)再一次達(dá)到平衡后，H2的物質(zhì)的量濃度為c2，則c1________c2的關(guān)系(填“>”、“<”或“＝”)。

Answer 1

【答案】 0.225 75% ac 5.3 CD <

【解析】（1）利用三段式解題法計(jì)算

CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g），

開始（mol/L）：1 3 0 0

變化（mol/L）：0.75 2.25 0.75 0.75

平衡（mol/L）：0.25 0.75 0.75 0.75

從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H2）==0.225 mol/(L·min)；（2）氫氣的轉(zhuǎn)化率==75%；（3）在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時(shí)（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。a．反應(yīng)CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）是體積減小的可逆反應(yīng)，因此體系壓強(qiáng)保持不變時(shí)可以說明達(dá)到平衡狀態(tài)，a正確；b. 密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，所以密閉容器中混合氣體的密度始終不變，b不能說明，b不正確；c.未平衡時(shí)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量是個(gè)變化的量，現(xiàn)在不隨時(shí)間的變化而變化，說明已經(jīng)達(dá)平衡狀態(tài)，c正確；d、CO2的消耗速率等于CH3OH的生成速率，均為正反應(yīng)速率，不能作為平衡標(biāo)志，d錯(cuò)誤；e．平衡時(shí)濃度不再發(fā)生變化，但物質(zhì)之間的濃度不一定相等，所以CO2與CH3OH的物質(zhì)的量濃度相等不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，e不正確；答案選擇ac；(4)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，則K===5.33；（5）要使n（CH3OH）/n（CO2）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，A．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則n（CH3OH）/n（CO2）減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但對(duì)反應(yīng)物質(zhì)來說，濃度沒有變化，平衡不移動(dòng)，n（CH3OH）/n（CO2）不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．將H2O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方法移動(dòng)，n（CH3OH）/n（CO2）增大，選項(xiàng)C正確；D．再充入1mol H2，增大反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則n（CH3OH）/n（CO2）增大，選項(xiàng)D正確。答案選CD；（6）若是恒容密閉容器、反應(yīng)后整個(gè)體系的壓強(qiáng)比之前來說減小了，加入氫氣雖然正向移動(dòng)，平衡移動(dòng)的結(jié)果是減弱這種改變，而不能消除這種改變，即雖然平衡正向移動(dòng)，氫氣的物質(zhì)的量在增加后的基礎(chǔ)上減小，但是CO2（g）濃度較小、CH3OH（g） 濃度增大、H2O（g）濃度增大，且平衡常數(shù)不變達(dá)到平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量濃度與加氫氣之前相比一定增大，故c1＜c2。