Question

6．CO₂加氫合成甲醇的技術，對減少溫室氣體排放和減緩燃料危機具有重要意義，發(fā)生的主要反應如下：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）．回答下列問題：
（1）該反應的平衡常數(shù)表達式為$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）^{3}}$；
（2）已知K（350℃）＞K（400℃），則該反應的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）；
（3）在350℃時，體積為0.5L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂發(fā)生上述反應．測定出CH₃OH的體積分數(shù)隨時間變化的曲線如圖所示：
①能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是ab；
a．容器內壓強不變               b．H₂的體積分數(shù)不變
c．c（CH₃OH）=c（H₂O）            d．v_正（CO₂）=3v_逆（H₂）
②氫氣在0～10min的平均反應速率v（H₂）=0.45 mol/（L•min）；
③在圖中標出400℃時CH₃OH的體積分數(shù)隨時間變化的曲線．

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；
（2）K（350℃）＞K（400℃），升高溫度，平衡向逆反應方向移動，據(jù)此判斷該反應的熱效應；
（3）①反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發(fā)生變化，以及由此衍生的其它一些物理量不變，可由此進行判斷；
②根據(jù)平衡三部曲先求出參加反應的氫氣的物質的量，然后根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算出v（H₂）；
③該反應放熱，溫度升高，速率加快，到達平衡的時間減小，平衡逆向移動，CH₃OH的體積分數(shù)減�。�

解答 解：（1）化學平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，則化學平衡常數(shù)為K=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）^{3}}$；
故答案為：$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）^{3}}$；
（2）K（350℃）＞K（400℃），升高溫度，K變小，則升高溫度平衡向逆反應方向移動，所以逆反應方向吸熱，正反應方向為放熱反應，△H＜0；
故答案為：＜；
（3）①a．該反應是一個反應前后氣體體積減小的可逆反應，隨反應進行，容器內壓強減小，當反應到達平衡狀態(tài)時，容器中壓強不變，所以能作為判斷化學平衡的依據(jù)，故a正確；
b、H₂的體積分數(shù)不變，說明正逆反應速率相等，達平衡狀態(tài)，故b正確；
c．生成的CH₃OH與H₂O的物質的量之比為1：1，未平衡時濃度就相等，不能作為平衡狀態(tài)的標志，故c不選；
d．v_正（CO₂）=3v_逆（H₂），即v_正（CO₂）：v_逆（H₂）=3：1，正逆反應速率不相等，不能作為平衡狀態(tài)的標志，故 d不選；
故答案為：ab； 
②設參加反應的氫氣的物質的量為3xmol
            CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始      1mol         3mol
反應      xmol         3xmol              xmol                xmol  
平衡 （1-x）mol   （3-3x）mol       xmol                xmol
CH₃OH的體積分數(shù)$\frac{x}{4-2x}$×100%=30%，解得x=0.75，
在0～10min的平均反應速率v（H₂）=$\frac{\frac{2.25mol}{0.5L}}{10min}$=0.45 mol/（L•min）；
故答案為：0.45 mol/（L•min）；
③該反應放熱，溫度升高，速率加快，到達平衡的時間減小，平衡逆向移動，CH₃OH的體積分數(shù)減小，曲線圖為：；
故答案為：．

點評 本題主要考查了化學反應進行的方向和化學平衡，反應速率的計算，綜合性較強，難度較大，側重于學生對化學反應原理、運用能力的考查．