Question

10．隨著人類對溫室效應(yīng)和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了各國的普遍關(guān)注．
（1）目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進行如下實驗：在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol
測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．

①反應(yīng)開始到平衡，H₂的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol/（L•min），
②H₂的轉(zhuǎn)化率為75%．
③下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是CDF．
A、升高溫度                       B、充入He（g），使體系壓強增大
C、將H₂O（g）從體系中分離        D、再充入1mol CO₂和3mol H₂
E、使用催化劑                     F、縮小容器體積
（2）①反應(yīng)進行到3min時，同種物質(zhì)的v_正 與v_逆的關(guān)系：v_正＞v_逆 （填＞，=，＜）
②上述反應(yīng)平衡常數(shù)的表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
經(jīng)計算該溫度下此反應(yīng)平衡常數(shù)的數(shù)值為$\frac{16}{3}$．

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量3倍為2.25mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂）；
②根據(jù)n=cV計算參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量，再利用轉(zhuǎn)化率定義計算；
③使n（CH₃OH）/n（CO₂）應(yīng)采取措施，使平衡向正反應(yīng)移動，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量；
（2）①由圖可知反應(yīng)進行3min時，反應(yīng)未到達平衡，此后二氧化碳的濃度降低、甲醇的濃度增大，反應(yīng)向正反應(yīng)進行；
②化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達到平衡時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此生成；
利用三段式計算平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算．

解答 解：（1）①由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為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）=$\frac{2.25mol}{10min}$=0.225mol/（L•mon），
故答案為：0.225；
②參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為0.75mol/L×1L=0.75mol，故氫氣的轉(zhuǎn)化率為：$\frac{0.75mol}{1mol}$×100%=75%，
故答案為：75%；
③使n（CH₃OH）/n（CO₂）應(yīng)采取措施，使平衡向正反應(yīng)移動，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A、該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤，
B、充入He（g），使體系壓強增大，容器的容積不變，反應(yīng)混合物的濃度不變，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯誤，
C、將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確，
D、再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強，平衡向正反應(yīng)移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
E、使用催化劑，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故E錯誤，
F、縮小容器體積，增大壓強，平衡向正反應(yīng)移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故F正確，
故答案為：CDF；
（2）①由圖可知反應(yīng)進行3min時，反應(yīng)未到達平衡，此后二氧化碳的濃度降低、甲醇的濃度增大，反應(yīng)向正反應(yīng)進行，故v_正＞v_逆，
故答案為：＞；
②反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/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
 故該溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；$\frac{16}{3}$．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡計算以及平衡移動等問題，題目難度較大，（2）為易錯點，注意根據(jù)平衡常數(shù)判斷平衡移動，對學(xué)生的思維能力要求較高，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用能力．