Question

哥本哈根會議雖未能就減排問題達成有約束力的協(xié)議，但各國對于CO₂對氣候的影響達成了共識，都在積極研究方法循環(huán)利用CO₂．CO₂（g）與H₂（g）反應可生成CH₃OH（g）和H₂O（g）．某實驗小組為研究該反應進行了如下實驗．在某溫度下，向容積為10L的恒溫恒容容器中充入a mol CO₂和a mol H₂，測得不同時刻的c（H₂）如右表．

時間/min	C（H2）/mol．L-1
0	0.40
2	0.28
4	0.19
6	0.13
8	0.08
10	0.04
12	0.04

（1）寫出生成CH₃OH反應的化學方程式：

CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O

．若達平衡狀態(tài)時，放出的熱量為58.8kJ，則上述反應的△H=

-49kJ/mol

．0～10min內，CH₃OH的平均反應速率v（CH₃OH）=

0.012mol/（L?min）

．
（2）下列措施能使平衡體系中

c(CH3OH)

c(CO2)

增大的是

CD

（填字母）．
A、升高溫度                          B、充入Ar使壓強增大
C、再充入0.5a mol CO₂和0.5a mol H₂D、將水從平衡體系中分離出來
（3）a=

4.0mol

，該溫度下上述反應的平衡常數K=

803.6

（精確到0.1）．
（4）在如圖所示的坐標系中，畫出CO₂和H₂的濃度隨時間變化的圖象．

Answer 1

分析：（1）由題目信息可知，CO₂（g）與H₂（g）反應生成CH₃OH（g）和H₂O（g）．由表中數據可知10min起氫氣的濃度不再變化，所以為可逆反應．據此書寫方程式；
由表中數據可知氫氣的起始濃度為0.40mol/L，平衡濃度為0.04mol/L，據此計算出氫氣的物質的量的變化量，結合放出的反應熱，計算出3mol氫氣反應放出的熱量．注意反應熱數值與化學計量數有關，根據v=

△c

△t

計算v（H₂），再利用速率之比等于化學計量數之比計算v（CH₃OH）；
（2）A、該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動；
B、充入Ar使壓強增大，體積不變，反應混合氣體濃度不變，平衡不移動；
C、等效為開始充入1.5a mol CO₂和1.5a mol H₂，體積變?yōu)樵瓉?.5倍，平衡后再將體積壓縮為原來體積．增大壓強平衡向體積減小的方向移動；
D、將水從平衡體系中分離出來，生成物的濃度降低，平衡向正反應移動；
（3）由表中數據可知氫氣的起始濃度為0.40mol/L，據此計算a的值，
平衡常數指生成物濃度的系數次冪之積與反應物濃度系數次冪之積的比值，平衡常數k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，根據三段式求出各組分的濃度變化量、平衡時各組分的濃度，代入平衡常數計算；
（4）由方程式判斷CO₂和H₂的濃度變化關系，計算平衡時CO₂和H₂的濃度，注意二者的起始濃度，據此作圖．

解答：解：（1）CO₂（g）與H₂（g）反應生成CH₃OH（g）和H₂O（g）．由表中數據可知10min起氫氣的濃度不再變化，且不為0，所以為可逆反應．反應方程式為CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O．
由表中數據可知氫氣的起始濃度為0.40mol/L，平衡濃度為0.04mol/L，所以參加反應的氫氣的物質的量為
（0.40mol/L-0.04mol/L）×10L=3.6mol，所以3mol氫氣反應放出的熱量為

3mol

3.6mol

×58.8kJ=49kJ，所以則上述反應的CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O的反應熱△H=-49kJ/mol．
由表中數據可知10min內△c（H₂）=0.40mol/L-0.04mol/L=0.36mol/L，所以v（H₂）=

0.36mol/L

10min

=0.036mol/（L?min）．
速率之比等于化學計量數之比，所以v（CH₃OH）=

1

3

v（H₂）=

1

3

×0.036mol/（L?min）=0.012mol/（L?min），
故答案為：CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O；-49kJ/mol；0.012mol/（L?min）；
（2）A、該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，c（CH₃OH）減小，c（CO₂）增大，所以

c(CH3OH)

c(CO2)

減小，故A錯誤；
B、充入Ar使壓強增大，體積不變，反應混合氣體濃度不變，平衡不移動．所以

c(CH3OH)

c(CO2)

不變，故B錯誤；
C、等效為開始充入1.5a mol CO₂和1.5a mol H₂，體積變?yōu)樵瓉?.5倍，平衡后再將體積壓縮為原來體積．增大壓強平衡向體積減小的方向移動，即向正反應移動，c（CH₃OH）增大，c（CO₂）減小，所以

c(CH3OH)

c(CO2)

增大，故C正確；
D、將水從平衡體系中分離出來，生成物的濃度降低，平衡向正反應移動．c（CH₃OH）增大，c（CO₂）減小，所以

c(CH3OH)

c(CO2)

增大，故D正確．
故選：CD；
（3）由表中數據可知氫氣的起始濃度為0.40mol/L，所以a=0.40mol/L×10L=4mol．
根據三段式求出各組分的濃度變化量、平衡時各組分的濃度，
由表中數據可知氫氣的起始濃度為0.40mol/L，所以二氧化碳的起始濃度也為0.40mol/L，平衡時氫氣濃度為0.04mol/L，
    對于反應    CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：0.4      0.4             0         0
變化（mol/L）：0.12   0.4-0.04=0.36     0.12      0.12
平衡（mol/L）：0.28     0.04            0.12      0.12
所以平衡常數k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

0.12×0.12

0.28×0.043

=803.6，
故答案為：4mol；803.6；
（4）由（3）計算可知，二氧化碳、氫氣的起始濃度為0.40mol/L．氫氣的平衡濃度為0.04mol/L，二氧化碳的平衡濃度為0.28mol/L．
由方程式 CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）可知，相同時間內H₂的濃度變化是CO₂濃度變化的3倍，再根據表中氫氣各時刻的濃度，計算二氧化碳的各時刻濃度．
作圖如圖所示：
，故答案為：．

點評：本題考查反應速率、平衡移動、平衡常數及計算、學生讀圖提取信息能力等，難度中等，作圖時要注意各時刻CO₂和H₂的濃度變化濃度關系及起始濃度、平衡濃度．