Question

5．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來生產甲醇燃料的方法，該方法的化學方程式是：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）+49.0kJ；某科學實驗將6mol CO₂和8mol H₂充入一容積為2L的密閉容器中，測得H₂的物質的量隨時間變化如圖中實線所示（圖中字母后的數(shù)字表示對應的坐標）：回答下列問題：
（1）由圖分析，在下列時間段內反應速率最快的時間段是a（填答案編號）．
a．0～1min     b．1～3min    c．3～8min    d．8～11min
（2）該反應在0～8min內CO₂的平均反應速率是0.125mol/（L•min）．
（3）僅改變某一條件再進行實驗，測得H₂的物質的量隨時間變化如圖中虛線所示．與實線相比，曲線Ⅰ改變的條件可能是升高溫度，曲線Ⅱ改變的條件可能是增大壓強．
若實線對應條件下平衡常數(shù)為K，曲線Ⅰ對應條件下平衡常數(shù)為K₁，曲線Ⅱ對應條件下平衡常數(shù)為K₂，則K、K₁和K₂的大小關系是K₁＜K₂=K．
（4）下列表述能表示該反應已達平衡的是a、c（填答案編號）．
a．容器內壓強不再改變                 b．容器內氣體的密度不再改變
c．容器內氣體平均摩爾質量不再改變     d．容器內各物質的物質的量相等．

Answer 1

分析 （1）根據v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$判斷反應速率大��；
（2）圖象分析計算氫氣在0-8min內的反應速率，化學反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比計算二氧化碳的反應速率；
（3）升高溫度和增大壓強都能增大反應速率，縮短反應到達平衡的時間，但升高溫度平衡向吸熱反應方向移動，增大壓強平衡向氣體體積減小的方向移動，平衡常數(shù)只與溫度有關，該反應中溫度越高，平衡常數(shù)越�。�
（4）當達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不發(fā)生變化．

解答 解：（1）根據圖象知，a．0～1min內氫氣的平均反應速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{8-6}{2×1}$mol/（L•min）=1mol/（L•min）．
b．1～3min內氫氣的平均反應速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{6-3}{2}}{2}$mol/（L•min）=0.75mol/（L．min），
c．3～8min內氫氣的平均反應速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{3-2}{2}}{5}$mol/（L•min）=0.1mol/（L．min），
d．8～11min時該反應處于平衡狀態(tài)，氫氣的物質的量變化量為0，
所以反應速率最大的是a，故選a；
故答案為：a；
（2）圖象分析計算氫氣的反應速率，速率之比等于關系方程式計量數(shù)之比計算該反應在0～8min內CO₂的平均反應速率，V（H₂）$\frac{\frac{8mol-2mol}{2L}}{8min}$=0.375mol/L•min，
則CO₂的平均反應速率V（CO₂）=$\frac{1}{3}$V（H₂）=$\frac{1}{3}$×0.375mol/L•min=0.125mol/L•min，
故答案為：0.125；
（3）該反應是一個反應前后氣體體積減小的放熱反應，改變條件I，反應到達平衡的時間縮短，則反應速率增大，達到平衡時，氫氣的物質的量大于原平衡狀態(tài)，說明改變條件I平衡向逆反應方向移動，所以該條件是升高溫度；
改變條件II，反應到達平衡的時間縮短，則反應速率增大，達到平衡時，氫氣的物質的量小于原平衡狀態(tài)，說明平衡向正反應方向移動，則該條件是增大壓強，
升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)減小，且平衡常數(shù)只與溫度有關，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以K₁＜K₂=K，故答案為：K，故答案為：升高溫度；增大壓強；K₁＜K₂=K；
故答案為：升高溫度；增大壓強，K₁＜K₂=K；
（4）a．該反應是一個反應前后氣體體積減小的放熱反應，當容器內壓強不再改變時，該反應達到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．該容器的容積不變，氣體的質量不變，所以容器內氣體的密度始終不變，所以不能判斷反應達到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．該反應是一個反應前后氣體體積減小的放熱反應，當該反應達到平衡狀態(tài)時，容器內氣體平均摩爾質量不再改變，故c確；
d．當容器內各物質的物質的量相等時該反應不一定達到平衡狀態(tài)，這與反應物的物質的量及轉化率有關，故d錯誤；
故答案為：ac．

點評 本題考查化學反應速率或平衡的圖象和熱化學反應方程式，考查計算反應速率的大小及化學平衡狀態(tài)的判斷，注意把握對題目圖象的分析，題目較為綜合，具有一定難度．