Question

【題目】降低大氣中 CO2 的含量及有效地開發(fā)利用 CO2，已受到各國的普遍重視。目前工業(yè)上有一種方法是用 CO2 來生產燃料甲醇。為探究反應原理，現進行如下實驗，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： CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＝-49.0kJ/mol。測得CO2 和 CH3OH(g)的濃度隨時間變化如下圖所示。

(1)在恒溫恒容條件下，下列能說明反應達到化學平衡狀態(tài)的是 _________(選填字母)

A．體系壓強不再改變 B．氣體密度不再改變 C．CO2 的濃度不再改變 D．v 正(CO2)= v 逆(H2)

(2) 從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率 v(H2)＝________mol/(L·min)。

(3)在該溫度下，該反應的平衡常數為_________(保留小數點后 2 位)。

(4)下列措施中能使平衡體系中 n(CH3OH)/n(CO2)增大的是_________(選填字母)。

A．升高溫度 B．充入 He(g)，使體系壓強增大 C．將 H2O(g)從體系中分離出去 D．再充入 1mol H2

(5)當反應達到平衡時，H2 的物質的量濃度為 c1，然后向容器中再加入一定量 H2，待反應再一次達到平衡后，H2 的物質的量濃度為 c2，則 c1________________c2(填“>”、“<”或“＝”)。

Answer 1

【答案】AC 0.075 5.33 CD <

【解析】

(1)可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，判斷化學平衡狀態(tài)是變化量不再發(fā)生改變，則說明到達平衡；

(2)由圖先求出甲醇的反應速率，再由化學反應速率之比等于化學計量數之比，求的氫氣反應速率；

(3)列出三段式，找到平衡時各物質的平衡濃度，即可求出平衡常數；

(4)要使n（CH3OH）/n（CO2）增大應采取措施，即使平衡向正反應移動；

(5)由勒夏特列原理，反應只能向著減弱這種影響的方向移動，不能消除影響；

(1)在恒溫恒容條件下，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＝-49.0kJ/mol，反應是氣體體積減小的放熱反應，

A．該反應是氣體體積減小的放熱反應，當體系壓強不再改變，說明各氣體的組分不再變化，說明反應達到平衡狀態(tài)，A正確；

B．反應前后氣體體積和質量不變，氣體的密度始終不變化，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，B錯誤；

C．CO2 的濃度不再改變，則消耗CO2的量與生成CO2的量相等，二氧化碳正逆反應速率相同，說明反應達到平衡狀態(tài)，C正確；

D．化學反應速率之比等于化學計量數之比，則3v 正(CO2)= v 正(H2)，故當3v 正(CO2)= v 正(H2)= v 逆(H2)時正逆反應速率相等，才能說明反應達到平衡狀態(tài)，D錯誤；

故答案為AC；

(2)由圖可知反應到10min后達到平衡，甲醇的反應速率為：，由化學反應速率之比等于化學計量數之比，則氫氣的平均反應速率 v(H2)= v(CH3OH)=0.075 mol/(L·min)，答案為0.075；

(3)由圖中數據，列出該反應的三段式：

則該反應的平衡常數：，答案為5.33；

(4)使n(CH3OH)/n(CO2)增大應采取措施，使平衡向正反應移動，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，

A．該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，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，平衡向正反應移動，n(CH3OH)/n(CO2)增大，故C正確；

D．再充入1mol H2，平衡向正反應移動，n(CH3OH)/n(CO2)增大，故D正確；

答案選CD；

(5)由勒夏特列原理，反應只能向著減弱這種影響的方向移動，不能消除影響，故平衡后，再加入H2，平衡正向移動，開始的瞬間氫氣濃度下降，但后來氫氣加入，它的濃度最終會增多，故c1<c2，答案：<。