Question

20．研究和深度開發(fā)CO、CO₂的應(yīng)用對(duì)構(gòu)建生態(tài)文明社會(huì)具有重要的意義．
（1）在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，發(fā)生反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）．若該反應(yīng)在一定溫度下進(jìn)行，測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖甲所示．若該反應(yīng)在兩種溫度下進(jìn)行，測(cè)得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖乙所示：
①從圖甲可計(jì)算0min到10min的化學(xué)反應(yīng)速率，v（H₂）=0.225．
②從圖乙可分析出，該反應(yīng)的△H＜0（填“＞、=、＜”），曲線Ⅰ、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ＞K_Ⅱ（填“＞、=、＜”）．
③能說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是BC（選填編號(hào)）．
A．反應(yīng)中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1（即圖甲中交叉點(diǎn)）
B．容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不隨時(shí)間的變化而變化
C．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變
D．單位時(shí)間內(nèi)每消耗3molH₂，同時(shí)生成1molH₂O
④下列措施中能使化學(xué)反應(yīng)速率增大且平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是D．
A．將H₂O（g）液化從體系中分離    B．升高容器內(nèi)溫度
C．恒溫恒壓充入He             D．恒溫恒容再充入1molCO₂和3molH₂
（2）800℃時(shí)，C（s）+CO₂（g）?2CO（g）的平衡常數(shù)K=1.64，相同條件下測(cè)得c（CO）=0.20mol•L^-1、c（CO₂）=0.05mol•L^-1，此時(shí)反應(yīng)向正（填“正”或“逆”）方向進(jìn)行．
（3）在密閉容器中通入1molH₂和1molCO₂發(fā)生H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H＞0反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，在其他條件不變時(shí)，若降低溫度，請(qǐng)?jiān)趫D丙中畫出正（v_正）、（v_逆）反應(yīng)速率隨時(shí)間t變化的示意圖．）

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知?dú)錃獾臐舛茸兓�等于甲醇的濃度變化�?倍為2.25mol/L結(jié)合v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
②根據(jù)圖乙先拐先平衡，則溫度Ⅱ＞Ⅰ，再根據(jù)圖象溫度高CH₃OH的產(chǎn)量少，說明升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，據(jù)此分析；
③化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化；
④根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響因素進(jìn)行判斷；
（2）根據(jù)濃度商和化學(xué)平衡常數(shù)的相對(duì)大小判斷，如果濃度商大于化學(xué)平衡常數(shù)，則反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，如果濃度商小于化學(xué)平衡常數(shù)，則反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，壓強(qiáng)不影響平衡，最終得到平衡時(shí)正逆反應(yīng)速率與原平衡中的速率相等；但是恒壓條件下加入再通入1mol H₂和1mol CO₂的混合氣體后，容器的容積不大，反應(yīng)物濃度增大，而生成物濃度減小，根據(jù)濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響畫出正（v_正）、逆（v_逆）反應(yīng)速率隨時(shí)間t變化的示意圖．

解答 解：（1）①由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)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），故答案為：0.225；
③根據(jù)圖乙先拐先平衡，則溫度Ⅱ＞Ⅰ，再根據(jù)圖象溫度高CH₃OH的產(chǎn)量少，說明升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度高平衡常數(shù)小，曲線Ⅰ、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ＞K_Ⅱ，故答案為：＜；＞；
③A．反應(yīng)中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比與反應(yīng)起始時(shí)的物質(zhì)的量和平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的程度有關(guān)，不能說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后氣體的計(jì)量數(shù)之和不相等，混合氣體的壓強(qiáng)不隨時(shí)間的變化而變化，說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，則正逆反應(yīng)速率相等，說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．無論反應(yīng)是否平衡，單位時(shí)間內(nèi)每消耗3molH₂，同時(shí)生成1molH₂O，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BC；
④CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
A．將H₂O（g）液化從體系中分離，減少生成物濃度，平衡正向進(jìn)行，但反應(yīng)速率減小，故A錯(cuò)誤；
B．升高容器內(nèi)溫度，平衡逆向移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；
C．恒溫恒壓充入He，相當(dāng)于減小反應(yīng)體系的壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率減小，平衡逆向移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；
D．恒溫恒容再充入1molCO₂和3molH₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡正向進(jìn)行，故D正確；
故答案為：D；
（2）Qc=$\frac{0.20{\;}^{2}}{0.05}$=0.8＜1.64，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故答案為：正；
（3）由于該反應(yīng)是氣體體積相等的反應(yīng)，壓強(qiáng)不影響平衡，所以最終得到平衡時(shí)的各組分含量、濃度與原平衡完全相同，所以達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率與原平衡時(shí)的速率相等；若再通入1mol H₂和1mol CO₂的混合氣體后，由于恒壓條件下，容器的容積增大，反應(yīng)物濃度增大，生成物濃度減小，所以正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率減小，之后正反應(yīng)速率逐漸減小，逆反應(yīng)速率增大，最終得到與原平衡相等的速率，據(jù)此畫出的正（v_正）、逆（v_逆）反應(yīng)速率隨時(shí)間t變化的示意圖為：，故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、平衡圖象的分析、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用等知識(shí)點(diǎn)，注意分析化學(xué)方程式的特征以及溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響．