Question

6．如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂引起了全世界的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究該反應(yīng)原理，進行如下實驗：在容積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，在500℃下發(fā)生發(fā)應(yīng)，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）實驗測得CO₂和CH₃OH（g）的物質(zhì)的量（n）隨時間變化如圖1所示：

（1）從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）．500℃達平衡時，CH₃OH（g）的體積分數(shù)為30%，圖2是改變溫度時化學(xué)反應(yīng)速率隨時間變化的示意圖，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）
（2）500℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)為5.33（保留兩位小數(shù)），若提高溫度到800℃進行，達平衡時，K值減小（填“增大”“減小”或“不變”）．
（3）下列措施中不能使CO₂的轉(zhuǎn)化率增大的是BD．
A．在原容器中再充入1mol H₂B．在原容器中再充入1molCO₂
C．縮小容器的容積             D．使用更有效的催化劑
E．將水蒸氣從體系中分離出
（4）500℃條件下，測得某時刻，CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）和H₂O（g）的濃度均為0.5mol/L，則此時v（正）＞ v（逆）（填“＞”“＜”或“=”）
（5）下列措施能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是CD．
A．升高溫度  B．在原容器中充入1molHeC．將水蒸氣從體系中分離出    D．縮小容器容積，增大壓強．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量3倍為2.25mol/L，據(jù)此計算；先根據(jù)濃度變化計算平衡時各物質(zhì)的濃度，CH₃OH的體積分數(shù)等于甲醇的物質(zhì)的量濃度與總物質(zhì)的量濃度之比；根據(jù)升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動判斷；
（2）平衡常數(shù)等于生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比值；升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減�。�
（3）要提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，根據(jù)平衡移動原理結(jié)合選項判斷；
（4）依據(jù)計算濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進行方向；
（5）要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動．

解答 解：（1）由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L•mon）；
開始時c（CO₂）=1mol/L、c（H₂）=3mol/L，平衡時c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，則c（H₂）=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，CH₃OH的體積分數(shù)等于甲醇的物質(zhì)的量濃度與總物質(zhì)的量濃度之比，所以甲醇的體積分數(shù)=$\frac{0.75mol/L}{（0.25+0.75+0.75+0.75）mol/L}$×100%=30%
根據(jù)圖象知，升高溫度，逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
故答案為：0.225mol/（L•min）；30%；放熱；
（2）由（1）可知平衡時各組分的濃度c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，則c（H₂）=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，所以k=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.75{\;}^{3}}$=5.33，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，
故答案為：5.33；減�。�
（3）A．在原容器中再充入1mol H₂，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
B．在原容器中再充入1molCO₂CO₂的轉(zhuǎn)化率反而減小，故錯誤；
C．縮小容器的容積即增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
D．使用更有效的催化劑，平衡不移動，CO₂的轉(zhuǎn)化率不變，故錯誤；
E．將水蒸氣從體系中分離出，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
故答案為：BD；
（4）500℃條件下，測得某時刻，CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）和H₂O（g）的濃度均為0.5mol/L，濃度商Q=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5{\;}^{3}}$=4＜K=5.33，說明反應(yīng)正向進行v_正＞v_逆；
故答案為：＞；
（5）要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，
A．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤；
B．充入He（g），使體系壓強增大，但對反應(yīng)物質(zhì)來說，濃度沒有變化，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方法移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．縮小容器容積，增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確．
故答案為：CD．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡計算以及平衡移動等問題，題目難度較大，注意根據(jù)圖象計算各物質(zhì)的平衡濃度為解答該題的關(guān)鍵．