Question

隨著人類對溫室效應和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了各國的普遍關注
（1）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(xiàn)進行如下實驗：在體積為1L的密閉容器中，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）△H=-49.0kJ/mol
測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．
①反應開始到平衡，H₂的平均反應速率v（H₂）=

0.225

mol/（L?min）．H₂的轉化率為

75%

．
②下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

CDF

．
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           D、再充入1mol CO₂和3mol H₂
E、使用催化劑                      F、縮小容器體積
（2）①反應進行到3分鐘時，同種物質的v_正 與v_逆的關系：v_正

＞

v_逆 （填＞，=，＜）
②上述反應平衡常數(shù)的表達式為

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，

，經計算該溫度下此反應平衡常數(shù)的數(shù)值為

16

3

．

Answer 1

分析：（1）①由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量3倍為2.25mol/L，根據v=

△c

△t

計算v（H₂），根據n=cV計算參加反應的氫氣的物質的量，再利用轉化率定義計算；
②使n（CH₃OH）/n（CO₂）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；
（2）①由圖可知反應進行3min時，反應未到達平衡，此后二氧化碳的濃度降低、甲醇的濃度增大，反應向正反應進行；
②化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據此生成；
利用三段式計算平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算．

解答：解：（1）①由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為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），
參加反應的氫氣的物質的量為0.75mol/L×1L=0.75mol，故氫氣的轉化率為

0.75mol

1mol

×100%=75%，
故答案為：0.225，75%；
②使n（CH₃OH）/n（CO₂）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 CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
E、使用催化劑，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故E錯誤，
F、縮小容器體積，增大壓強，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故F正確，
故答案為：CDF；
（2）①由圖可知反應進行3min時，反應未到達平衡，此后二氧化碳的濃度降低、甲醇的濃度增大，反應向正反應進行，故v_正＞v_逆，
故答案為：＞；
②反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，
由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，則：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（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
 故該溫度下平衡常數(shù)k=

0.75×0.75

0.25×0.753

=

16

3

故答案為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，

16

3

．

點評：考查反應速率計算、化學平衡的計算與影響因素、平衡常數(shù)等，難度中等，注意基礎知識的掌握．