Question

（1）工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇．為探究反應原理，現進行如下實驗，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，在500℃下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）

催化劑

加熱加壓

CH₃OH（g）+H₂O（g），實驗測得
CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如下圖1所示．
①圖2是改變溫度時H₂的化學反應速率隨時間變化的示意圖，則該反應的正反應是

 

（填“吸熱”或“放熱”）反應；

②從反應開始到第三分鐘，氫氣的平均反應速率v（H₂）=

 

mol?L^-1?min^-1；
③平衡時CH₃OH的體積分數為

 

．
（2）圖3中P是可自由平行滑動的活塞，關閉K，在相同溫度時，向A容器中充入1.2molCH₃OH（g）和2.4molH₂O（g），向B容器中充入1.5molCH₃OH（g） 和3.0molH₂O（g），兩容器分別發(fā)生上述（1）中反應的逆反應．已知起始時容器A和B的體積均為aL，反應達到平衡時容器B的體積為1.4aL，容器B中CH₃OH轉化率為

 

；維持其他條件不變，若打開K一段時間后重新達到平衡，容器B的體積為

 

L．（連通管中氣體體積忽略不計，且不考慮溫度的影響）
（3）一定條件下的密閉容器中，反應3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H＜0
達到平衡時，要提高CO的轉化率，可以采取的措施是

 

（填字母代號）
A．升溫   B．加壓   C．增加CO的濃度D．分離出二甲醚（CH₃OCH₃）       E．加入催化劑
（4）已知反應2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）在某溫度下的平衡常數K=100．此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，反應到某時刻測得各組分的濃度如下．下列說法正確的是

 

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c/mol L -1	0.9	0.60	0.60

A．CH₃OH的起始濃度為2.1mol/L 　      
B．平衡時CH₃OH的濃度為0.9mol/L
C．此時正反應速率大于逆反應速率　      
D．平衡時CH₃OH的轉化率小于80%

Answer 1

考點：化學平衡的計算,化學平衡的影響因素

專題：

分析：（1）①由圖2可知，正、逆反應速率都增大，為升高溫度，且逆反應速率增大更多，反應向逆反應進行，據此判斷；
②由圖可知，前3min時二氧化碳的濃度變化量為1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，根據v=

△c

△t

算v（CO₂），再利用速率之比等于化學計量數之比計算v（H₂）；
③利用三段式計算出反應混合物各組分的平衡時的濃度，計算的平衡濃度，轉化率，根據體積分數的定義計算CH₃OH的體積分數；
（2）恒溫、恒壓條件下，氣體的體積之比等于其物質的量之比，根據氣體的體積計算參加反應的甲醇的物質的量，再根據轉化率公式計算轉化率；
打開K，AB組成的是恒溫恒壓容器，依據壓強變化和物質的量變化成正比計算得到；
（3）一定條件下的密閉容器中，反應3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H＜0，達到平衡時，要提高CO的轉化率，可以采取的措施是使平衡正向進行，結合化學平衡移動原理分析選項；
（4）設平衡時轉化的濃度為x，則
       2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始：x               O          0
轉化：1.2            0.6       0.6         
某時刻：0.9             0.6       0.6
結合平衡常數概念和濃度積常數比較分析計算得到，以此解答該題．

解答： 解：（1）①由圖2可知，正、逆反應速率都增大，為升高溫度，且逆反應速率增大更多，反應向逆反應進行，故正反應為放熱反應，故答案為：放熱；
②由圖可知，10min到達平衡時二氧化碳的濃度變化量為1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，所以v（CO₂）=

0.5mol/L

3min

=

0.5

3

mol/（L?min），速率之比等于化學計量數之比，所以v（H₂）=3v（CO₂）=3×

0.5

3

mol/（L?min）=0.5mol/（L?min），
故答案為：0.5mol/（L?min）；
③平衡時二氧化碳的濃度為0.25mol/L，則：
              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
由計算可知，平衡時CH₃OH的體積分數ω=

0.75

0.25+0.75+0.75+0.75

×100%=30%，
故答案為：30%；
（2）B中是等壓條件下的反應，等壓條件下，氣體的物質的量之比等于其體積之比，反應前氣體的物質的量是3.6mol，則反應后氣體的物質的量=

1.4a

a

×3.6mol=5.04mol，根據CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）知，參加反應的n（CH₃OH）=

5.04mol-3.6mol

2

=0.72mol，則甲醇的轉化率=

0.72mol

1.2mol

×100%=60%；
打開K時，AB組成一個等溫等壓容器，相應的起始投入總物質的量與平衡的總體積成正比，設打開K重新達到平衡后總的體積為x，則x：（3.6+4.5）=1.4a：4.5，
求得x=2.52a，所以B的體積為2.52a-a=1.52a，
故答案為：60%；1.52a；
（3）一定條件下的密閉容器中，反應3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H＜0
達到平衡時，要提高CO的轉化率，可以采取的措施是
A．反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，CO的轉化率減小，故A錯誤；   
B．反應是氣體體積減小的反應，加壓平衡正向減小，一氧化碳轉化率增大，故B正確；   
C．增加CO的濃度，一氧化碳轉化率減小，故C錯誤；
D．分離出二甲醚（CH₃OCH₃），平衡正向進行，一氧化碳轉化率增大，故D正確；      
E．加入催化劑改變反應速率，不改變化學平衡，一氧化碳轉化率不變，故E錯誤；
故答案為：BD；
（4）設甲醇起始濃度為x，則
         2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始：x               O          0
轉化：1.2            0.6       0.6         
某時刻  0.9             0.6       0.6
A．CH₃OH的起始濃度為x=1.2mol/l+0.9mol/L=2.1mol/L，故A正確；　      
B．濃度商Q=

0.6×0.6

0．92

=0.44＜100，反應未達到平衡，反應正向進行：平衡時CH₃OH的濃度小于0.9mol/L，故B錯誤；
C．濃度商Q=

0.6×0.6

0．92

=0.44＜100，反應未達到平衡，反應正向進行，此時正反應速率大于逆反應速率，故C正確；     
D．設平衡時生成甲醚的濃度為x，則
       2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始：2.1             O          0
轉化：2x              x        x        
平衡    2.1-2x          x        x
K=

x2

(2.1-2x)2

=100
x=1mol/L
平衡時CH₃OH的轉化率=

2mol/L

2.1mol/L

×100%=95.2%，大于80%，故D錯誤；
故答案為：AC；

點評：本題考查較為綜合，涉及反應速率、平衡常數、平衡移動影響因素分析判斷，結合恒溫、恒壓條件下物質的量與體積的關系來分析解答，題目難度中等．