Question

15．一定溫度下，向容積為2L的恒容密閉容器中充入6mol CO₂和8mol H₂，發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，測得n（H₂）隨時(shí)間變化如曲線Ⅰ所示．下列說法正確的是（　　）

• A． 該反應(yīng)在0～8 min內(nèi)CO₂的平均反應(yīng)速率是 0.375 mol•L^-1•min^-1
• B． 若起始時(shí)向上述容器中充入3 mol CO₂和4 mol H₂，則平衡時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)大于20%
• C． 若起始時(shí)向上述容器中充入4 mol CO₂、2 mol H₂、2 mol CH₃OH和1mol H₂O（g），則此時(shí)反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行
• D． 改變條件得到曲線Ⅱ、Ⅲ，則曲線Ⅱ、Ⅲ改變的條件分別是升高溫度、充入氦氣

Answer 1

分析 A．根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（H₂），再利用速率之比等于其化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CO₂）；
B．由圖可知，I平衡時(shí)氫氣為2mol，利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算氫氣體積分?jǐn)?shù)．若起始時(shí)向上述容器中充入3 mol CO₂和4 mol H₂，等效為原平衡壓強(qiáng)減小一倍，平衡向逆反應(yīng)方向移動，氫氣的體積分?jǐn)?shù)增大；
C．根據(jù)B中計(jì)算可知平衡時(shí)二氧化碳、氫氣、甲醇、水的濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)，再計(jì)算此時(shí)的濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
D．與Ⅰ相比，Ⅱ到達(dá)平衡時(shí)間短，且平衡時(shí)氫氣濃度大，說明改變條件反應(yīng)速率加快、反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動；與I相比，Ⅲ到達(dá)平衡時(shí)間短，且平衡時(shí)氫氣濃度小，說明改變條件反應(yīng)速率加快、反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動．

解答 解：A．由圖可知，0～8 min內(nèi)H₂的物質(zhì)的量變化量為8mol-2mol=6mol，故v（H₂）=$\frac{\frac{6mol}{2L}}{8min}$=0.375 mol•L^-1•min^-1，速率之比等于其化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（CO₂）=$\frac{1}{3}$v（H₂）=0.125 mol•L^-1•min^-1，故A錯誤；
B．由圖可知，I平衡時(shí)氫氣為2mol，則：
           CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol）：6        8        0          0
轉(zhuǎn)化（mol）：2        6        2          2
平衡（mol）：4        2        2          2
故I中平衡時(shí)氫氣體積分?jǐn)?shù)為$\frac{2mol}{4mol+2mol+2mol+2mol}$=20%，若起始時(shí)向上述容器中充入3 mol CO₂和4 mol H₂，等效為原平衡壓強(qiáng)減小一倍，平衡向逆反應(yīng)方向移動，氫氣的體積分?jǐn)?shù)增大，即平衡時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)大于20%，故B正確；
C．平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{1×1}{2×{1}^{3}}$=0.5，此時(shí)的濃度商Qc=$\frac{\frac{2}{2}×\frac{1}{2}}{\frac{4}{2}×（\frac{2}{2}）^{3}}$=0.25＜K=0.5，故平衡向正反應(yīng)方向移動，故C正確；
D．與Ⅰ相比，Ⅱ到達(dá)平衡時(shí)間短，且平衡時(shí)氫氣濃度大，說明改變條件反應(yīng)速率加快、反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動，若升高溫度，反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動，符合題意；與I相比，Ⅲ到達(dá)平衡時(shí)間短，且平衡時(shí)氫氣濃度小，說明改變條件反應(yīng)速率加快、反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，若充入氦氣，反應(yīng)混合物各組分的濃度不變，反應(yīng)速率不變、平衡不移動，不符合題意，故D錯誤；
故選BC．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的量隨時(shí)間變化曲線、反應(yīng)速率影響因素及計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素與計(jì)算、平衡常數(shù)應(yīng)用等，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，C中注意利用平衡常數(shù)判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，難度中等．