Question

【題目】如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用CO2引起了全世界的普遍重視。目前工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產燃料甲醇。為探究該反應原理，進行如下實驗：在容積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2。在500℃下發(fā)生發(fā)應，CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）。實驗測得CO2和CH3OH（g）的物質的量（n）隨時間變化如下圖1所示：

（1）從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H2）＝________。

（2）500℃該反應的平衡常數為_____（結果保留一位小數），圖2是改變溫度時化學反應速率隨時間變化的示意圖，若提高溫度到800℃進行，達平衡時，K值_____（填“增大”“減小”或“不變”）。

（3）下列措施中不能使CO2的轉化率增大的是_______。

A 在原容器中再充入1mol H2 B 在原容器中再充入1molCO2

C 縮小容器的容積 D 使用更有效的催化劑 E 將水蒸氣從體系中分離出

（4）500℃條件下，測得某時刻，CO2（g）、H2（g）、CH3OH（g）和H2O（g）的濃度均為0.5mol/L，則此時v（正）____ v（逆）（填“＞”“＜”或“=”）。

Answer 1

【答案】0.225mol/（L·min） 5.3 減小 BD ＞

【解析】

(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，v=，據此計算；

(2)平衡常數等于生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比值；升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減�。�

(3)要提高CO2的轉化率，應使平衡向正反應方向移動，根據平衡移動原理結合選項判斷；

(4)依據計算濃度商和該溫度下的平衡常數比較分析判斷反應進行方向。

(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的3倍，則氫氣的濃度變化量為：0.75mol/L×3=2.25mol/L，則v(H2)==0.225mol/(Lmin)；

(2)由(1)可知平衡時各組分的濃度c(CO2)=0.25mol/L，c(CH3OH)=c(H2O)=0.75mol/L，則c(H2)=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，所以K===5.3，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小；

(3)A．在原容器中再充入1mol H2，平衡向正反應方向移動，CO2的轉化率增大，故A不選；B．在原容器中再充入1molCO2，CO2的轉化率反而減小，故B選；C．縮小容器的容積即增大壓強，平衡向正反應方向移動，CO2的轉化率增大，故C不選；D．使用更有效的催化劑，平衡不移動，CO2的轉化率不變，故D選；E．將水蒸氣從體系中分離出，平衡向正反應方向移動，CO2的轉化率增大，故E不選；故答案為BD；

(4)500℃條件下，測得某時刻，CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)和H2O(g)的濃度均為0.5mol/L，濃度商Q===4＜K=5.33，說明反應正向進行v正＞v逆。