Question

1．空氣中CO₂的含量及有效利用，已經(jīng)引起各國(guó)的普遍重視
Ⅰ：目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇．為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為1L的恒容密閉容器中，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(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖甲所示．

（1）前3min內(nèi)，平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.5mol•L^-1•min^-1．此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為5.33（保留兩位小數(shù)，注意要寫(xiě)單位）．
（2）下列措施中，既能使反應(yīng)加快，又能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是D．
A．升高溫度    B．充入惰性氣體  C．將H₂O（g）從體系中分離   D．再充入1mol H₂
（3）圖乙中t₅時(shí)引起平衡移動(dòng)的條件是D．（填序號(hào)）
A．升高溫度     B．增大反應(yīng)物濃度   C．使用催化劑    D．增大體系壓強(qiáng)
（4）反應(yīng)達(dá)到平衡后，若向反應(yīng)體系再加入CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）各1mol，化學(xué)平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移動(dòng)．
Ⅱ：利用CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）將CO₂轉(zhuǎn)化成燃料氣．T℃時(shí)，在恒容密閉容器中通入物質(zhì)的量均為0.1mol的CH₄與CO₂，發(fā)生上述反應(yīng)，吸收熱量Q₁kJ，測(cè)得CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示，
（5）下列事實(shí)能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡的是ad
a．CO的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化
b．混合氣體的密度不再發(fā)生變化
c．v正（CO₂）=2v逆（H₂）
d．混合氣體壓強(qiáng)不再發(fā)生變化
e．單位時(shí)間內(nèi)生成n mol CH₄的同時(shí)消耗2n mol H₂
（6）據(jù)圖可知P₁、P₂、P₃、P₄由小到大的順序是P₁＜P₂＜P₃＜P₄．
（7）若將上述容器改為恒壓容器（反應(yīng)前體積相同），起始時(shí)通入物質(zhì)的量均為0.1mol的CH₄與CO₂，相同的溫度下充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，放出熱量Q₂ kJ，
則Q₁＜Q₂（填“＞”“=”或“＜”）
Ⅲ：設(shè)反應(yīng)①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g） 和反應(yīng)②Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）的平衡常數(shù)分別為K₁、K₂，在不同溫度下，K₁、K₂的值如表所示：

T（K）	K1	K2
973	1.47	2.36
1173	2.15	1.67

（8）現(xiàn)有反應(yīng)CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），是吸（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；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）要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）t₅時(shí)刻正逆反應(yīng)速率都增大，且平衡正向進(jìn)行，依據(jù)選項(xiàng)分析，
A．若是升高溫度，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行不符合；
B．增大反應(yīng)物濃度，正反應(yīng)速率瞬間增大，此時(shí)逆反應(yīng)速率不變；
C．催化劑同等程度改變正逆反應(yīng)速率；
D．增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大；
（4）反應(yīng)達(dá)到平衡后，若向反應(yīng)體系再加入CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）各1mol，計(jì)算Qc和平衡常數(shù)K比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（5）a．CO的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，說(shuō)明達(dá)平衡狀態(tài)；   
b．混合氣體的密度一直不發(fā)生變化，不一 定是平衡狀態(tài)；
c．v_正（CO₂）=$\frac{1}{2}$v_正（H₂）=2v_逆（H₂），所以不是平衡狀態(tài)；
d．混合氣體壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，說(shuō)明物質(zhì)的量不變，達(dá)平衡狀態(tài)；
e．單位時(shí)間內(nèi)生成n mol CH₄的同時(shí)消耗2nmolH₂都反映的量逆向，未體現(xiàn)正與逆的關(guān)系；
（6）增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)；
（7）若將上述容器改為恒壓容器（反應(yīng)前體積相同），起始時(shí)通入物質(zhì)的量均為0.1mol的CH₄與CO₂，相當(dāng)在原來(lái)的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)；
（8）已知①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H₁，②Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）△H₂，據(jù)蓋斯定律，①-②得：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=△H₁-△H₂；所以K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；K₁隨溫度的升高而增大，K₂隨溫度升高而減小，則K隨溫度升高而增大，說(shuō)明正反應(yīng)吸熱．

解答 解：（1）利用三段式解題法計(jì)算
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
開(kāi)始（mol/L）：1       3          0         0
變化（mol/L）：0.5    1.5        0.5       0.5
3nim（mol/L）：0.5    1.5        0.5     0.5
從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{1.5mol/L}{3min}$=0.5 mol•L^-1•min^-1，
利用三段式解題法計(jì)算
               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=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33，
故答案為：0.5；5.33；
（2）要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
A．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，故A錯(cuò)誤；
B．充入惰性氣體，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)，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故D錯(cuò)誤．故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，生成物濃度減小，反應(yīng)速率減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故C錯(cuò)誤；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效于在原來(lái)基礎(chǔ)上縮小體積一半，壓強(qiáng)增大反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故D正確．
故答案為：D；
（3）t₅時(shí)刻正逆反應(yīng)速率都增大，且平衡正向進(jìn)行，依據(jù)選項(xiàng)分析，
A．若是升高溫度，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，圖象中反應(yīng)速率變化不符合，故A錯(cuò)誤；
B．增大反應(yīng)物濃度，正反應(yīng)速率瞬間增大，此時(shí)逆反應(yīng)速率不變，圖象速率曲線不符合，故B錯(cuò)誤；
C．催化劑同等程度改變正逆反應(yīng)速率，平衡不變，故C錯(cuò)誤；
D．增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，正逆反應(yīng)速率增大，故D正確；
故答案為：D；
（4）利用三段式解題法計(jì)算
                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
反應(yīng)達(dá)到平衡后，若向反應(yīng)體系再加入CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）各1mol，計(jì)算濃度商Q=$\frac{1.75×1.75}{1.25×1.7{5}^{3}}$=0.46＜K=5.33，反應(yīng)正向進(jìn)行，
故答案為：正向；
（5）a．CO的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，說(shuō)明達(dá)平衡狀態(tài)，故a正確；   
b．混合氣體的密度一直不發(fā)生變化，不一 定是平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；
c．v_正（CO₂）=$\frac{1}{2}$v_正（H₂）=2v_逆（H₂），所以不是平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．混合氣體壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，說(shuō)明物質(zhì)的量不變，達(dá)平衡狀態(tài)，故d正確；
e．單位時(shí)間內(nèi)生成n mol CH₄的同時(shí)消耗2nmolH₂都反映的量逆向，未體現(xiàn)正與逆的關(guān)系，故e錯(cuò)誤，
故答案為：ad；
（6）壓強(qiáng)增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率變小，故P₄＞P₃＞P₂＞P₁，由小到大的順序?yàn)镻₁＜P₂＜P₃＜P₄，故答案為：P₁＜P₂＜P₃＜P₄；
（7）若將上述容器改為恒壓容器（反應(yīng)前體積相同），起始時(shí)通入物質(zhì)的量均為0.1mol的CH₄與CO₂，相當(dāng)在原來(lái)的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，放出的熱量應(yīng)減小，故答案為：＜；
（8）已知①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H₁，②Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）△H₂，據(jù)蓋斯定律，①-②得：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=△H₁-△H₂；所以K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；K₁隨溫度的升高而增大，K₂隨溫度升高而減小，則K隨溫度升高而增大，說(shuō)明正反應(yīng)吸熱，故答案為：吸．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了平衡受溫度、壓強(qiáng)的影響而移動(dòng)的問(wèn)題和平衡狀態(tài)的判斷，注意看準(zhǔn)圖象是解題的關(guān)鍵，難度中等．