Question

10．工業(yè)上設(shè)計(jì)用CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇，既減少二氧化碳?xì)怏w，又得到寶貴的能源物質(zhì)．為了探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，某溫度下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0KJ/mol．測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖所示
（1）該反應(yīng)該溫度下，化學(xué)平衡常數(shù)的值為5.33
（2）下列說(shuō)法中能作為反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)標(biāo)志的是ABD（填字母）．
A．容器內(nèi)壓強(qiáng)不再發(fā)生變化
B．平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化
C．c（CO₂）和c（H₂）之比等于1：3
D．相同時(shí)間內(nèi)每斷裂3molH-H鍵，同時(shí)斷裂3molO-H鍵
（3）下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小的是D
A．再充入1molCO₂和3molH₂          B．將H₂O（g）從體系中分離
C．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大      D．升高溫度．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積計(jì)算；
（2）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)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、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（3）要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，應(yīng)使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；

解答 解：（1）圖象中得到平衡狀態(tài)二氧化碳濃度為0.25mol/L，甲醇濃度為0.75mol/L，利用化學(xué)平衡三行計(jì)算方法得到，
               CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
開(kāi)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
平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，則K=$\frac{[C{H}_{3}OH][{H}_{2}O]}{[C{O}_{2}][{H}_{2}]^{3}}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33，
故答案為：5.33；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0KJ/mol，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
A．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，當(dāng)容器內(nèi)壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，氣體質(zhì)量不變，若平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．c（CO₂）和c（H₂）之比等于1：3是反應(yīng)之比，不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，故C錯(cuò)誤；
D．生成物中H-O鍵不是一種物質(zhì)中的化學(xué)鍵，甲醇和水分子中H-O鍵一定是1：2，依據(jù)化學(xué)方程式可知相同時(shí)間內(nèi)每斷裂3molH-H鍵，同時(shí)斷裂3molO-H鍵，能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，故D正確；
故選ABD．
（3）要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，應(yīng)使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，
A．再充入1mol CO₂和3mol H₂，增大反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則比值增大，故A錯(cuò)誤；
B．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，比值增大，故B錯(cuò)誤；
C．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但對(duì)反應(yīng)物質(zhì)來(lái)說(shuō)，濃度沒(méi)有變化，平衡不移動(dòng)，比值不變，故C錯(cuò)誤；
D．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則比值減小，故D正確；
故答案為：D；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，影響化學(xué)平衡的因素，注意當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，但不為0，題目難度中等．