Question

（10分）降低大氣中CO2的含量及有效利用CO2，目前已引起各國普遍重視。

（1）工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。為探究反應原理，現(xiàn)進行如下實

驗，在體積為1 L的密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，在500℃下發(fā)生

反應：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) 。

實驗測得CO2(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如下圖1所示。

①圖2是改變溫度時H2的化學反應速率隨時間變化的示意圖，則該反應的正反

應是 （填“吸熱”或“放熱”）反應。

②500℃達平衡時，CH3OH的體積分數(shù)為 。

（2）下圖中P是可自由平行滑動的活塞，關閉K，在相同溫度時，向A容器中充入1molCH3OH(g)和2molH2O(g)，向B容器中充入1.2molCH3OH(g) 和2.4molH2O(g)，兩容器分別發(fā)生上述（1）中反應的逆反應。

已知：起始時容器A和B的體積均為aL，反應達到平衡時容器B的體積為1.5aL，容器B中CH3OH轉化率為 ；維持其他條件不變，若打開K一段時間后重新達到平衡，容器B的體積為 L（連通管中氣體體積忽略不計，且不考慮溫度的影響）。

 

Answer 1

（10分）

（1）①放熱（1分） ②30%或0.30（3分）

（2） 75% （3分）， 1.75a（3分）

【解析】

試題分析：（1）①由圖2可知，只能反應的速率都增大，所以改變的條件是溫度升高，逆反應速率大于正反應速率，平衡逆向移動，所以正向是放熱反應；

②由題意可知，平衡時二氧化碳的平衡濃度是0.25mol/L，則氫氣的平衡濃度是3×0.25mol/L=0.75mol/L，甲醇與水蒸氣的平衡濃度都是0.75mol/L，則平衡時甲醇的體積分數(shù)也是物質的量濃度分數(shù)=0.75/(0.75+0.75+0.75+0.25)=0.3；

（2）A是恒溫恒容條件，B是恒溫恒壓條件，達平衡時B容器體積變?yōu)樵瓉淼?.5倍，即氣體的物質的量變?yōu)樵瓉淼?.5倍，根據(jù) 發(fā)生的反應,設甲醇轉化的物質的量是xmol，

CH3OH(g)＋H2O(g) CO2(g)＋3H2(g)

開始（mol） 1.2 2.4 0 0

轉化（mol） x x x 3x

平衡（mol） 1.2-x 2.4-x x 3x

根據(jù)題意得1.2-x+2.4-x+x+3x=1.5×(1.2+2.4)=5.4，解得x=0.9，所以甲醇的轉化率是0.9/1.2×100%=75%；K打開后整體都是恒溫恒壓容器，則再達平衡時與B的平衡是等效平衡，此時容器中反應物的總物質的量是1.2+2.4+1+2=6.6mol，是B中氣體物質的量3.6mol的6.6/3.6=1.83倍，則新平衡時容器的總體積是1.5a的1.83倍，即平衡時容器的總體積是1.5a×1.83=2.75a，所以此時B容器的體積是2.75a-a=1.75a。

考點：考查平衡的移動與條件的關系，化學平衡的計算，等效平衡的判斷