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：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，測得n（H₂）隨時間變化如曲線Ⅰ所示．下列說法正確的是（　�。�

• A． 該反應在0～8 min內CO₂的平均反應速率是 0.375 mol•L^-1•min^-1
• B． 若起始時向上述容器中充入3 mol CO₂和4 mol H₂，則平衡時H₂的體積分數大于20%
• C． 若起始時向上述容器中充入4 mol CO₂、2 mol H₂、2 mol CH₃OH和1mol H₂O（g），則此時反應向正反應方向進行
• 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v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂），再利用速率之比等于其化學計量數之比計算v（CO₂）；
B．由圖可知，I平衡時氫氣為2mol，利用三段式計算平衡時各組分物質的量，進而計算氫氣體積分數．若起始時向上述容器中充入3 mol CO₂和4 mol H₂，等效為原平衡壓強減小一倍，平衡向逆反應方向移動，氫氣的體積分數增大；
C．根據B中計算可知平衡時二氧化碳、氫氣、甲醇、水的濃度，代入平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計算平衡常數，再計算此時的濃度商Qc，與平衡常數比較，判斷反應進行方向；
D．與Ⅰ相比，Ⅱ到達平衡時間短，且平衡時氫氣濃度大，說明改變條件反應速率加快、反應向逆反應方向移動；與I相比，Ⅲ到達平衡時間短，且平衡時氫氣濃度小，說明改變條件反應速率加快、反應向正反應方向移動．

解答 解：A．由圖可知，0～8 min內H₂的物質的量變化量為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計量數之比，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平衡時氫氣為2mol，則：
           CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol）：6        8        0          0
轉化（mol）：2        6        2          2
平衡（mol）：4        2        2          2
故I中平衡時氫氣體積分數為$\frac{2mol}{4mol+2mol+2mol+2mol}$=20%，若起始時向上述容器中充入3 mol CO₂和4 mol H₂，等效為原平衡壓強減小一倍，平衡向逆反應方向移動，氫氣的體積分數增大，即平衡時H₂的體積分數大于20%，故B正確；
C．平衡常數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，故平衡向正反應方向移動，故C正確；
D．與Ⅰ相比，Ⅱ到達平衡時間短，且平衡時氫氣濃度大，說明改變條件反應速率加快、反應向逆反應方向移動，若升高溫度，反應速率加快，正反應為放熱反應，平衡向逆反應方向移動，符合題意；與I相比，Ⅲ到達平衡時間短，且平衡時氫氣濃度小，說明改變條件反應速率加快、反應向正反應方向移動，若充入氦氣，反應混合物各組分的濃度不變，反應速率不變、平衡不移動，不符合題意，故D錯誤；
故選BC．

點評 本題考查物質的量隨時間變化曲線、反應速率影響因素及計算、化學平衡影響因素與計算、平衡常數應用等，側重考查學生分析計算能力，C中注意利用平衡常數判斷反應進行方向，難度中等．