Question

目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和4mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖所示．
（1）從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

0.225

mol/（L?min）．
（2）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

．
（3）下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

CD

．
A．升高溫度                    B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大
C．將H₂O（g）從體系中分離        D．再充入1mol CO₂和4mol H₂
（4）如果在相同的容器中事先充入1mol CH₃OH和1mol H₂O，為了使反應(yīng)達(dá)到的化學(xué)平衡和上述一樣，則起始還需加入H₂的物質(zhì)的量為

1mol

．

Answer 1

分析：（1）由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，根據(jù)濃度變化量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比氫氣的濃度變化量，根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（H₂）；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫；
（3）使n（CH₃OH）/n（CO₂）應(yīng)采取措施，使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量；
（4）在相同的容器中事先充入1mol CH₃OH和1mol H₂O，為了使反應(yīng)達(dá)到的化學(xué)平衡和上述一樣，與原平衡為等效平衡，按化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化到左邊，滿足n（CO₂）=1mol，n（H₂）=4mol，據(jù)此計(jì)算．

解答：解：（1）由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)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）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?mon），
故答案為：0.225；
（2）反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，
故答案為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
（3）使n（CH₃OH）/n（CO₂）應(yīng)采取措施，使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，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(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯(cuò)誤，
B、充入He（g），使體系壓強(qiáng)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(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯(cuò)誤，
C、將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確，
D、再充入1mol CO₂和4mol H₂，相當(dāng)于充入1mol CO₂和3mol H₂，達(dá)平衡后再通入1molH₂．等效為增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，再通入1molH₂，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
故答案為：CD；
（4）在相同的容器中事先充入1mol CH₃OH和1mol H₂O，按化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化到左邊得到n（CO₂）=1mol，n（H₂）=3mol，使反應(yīng)達(dá)到的化學(xué)平衡與原平衡相同，故起始還需加入H₂的物質(zhì)的量為4mol-3mol=1mol，
故答案為：1mol．

點(diǎn)評：本題考查反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡的計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)等，難度中等，注意基礎(chǔ)知識的掌握，注意（4）中對等效平衡規(guī)律的掌握．