Question

19．科學家提出“綠色自由”構想，把空氣中的CO₂轉化為可再生能源甲醇（CH₃OH）．該反應的熱化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）→CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
（1）若在一個定溫定容的容器中發(fā)生上述反應，反應達到平衡的標志是BC．
A．CO₂和CH₃OH的濃度相等       B．H₂的百分含量保持不變
C．容器內(nèi)壓強保持不變            D．3v_正（H₂）=v_逆（H₂O）
E．容器中混合氣體的密度保持不變
（2）若將CO₂和H₂的混合氣體分成五等份，將它們分別充入溫度不同、容積相同的恒容容器中發(fā)生上述反應．反應相同時間后，測得甲醇的體積分數(shù) ?（CH₃OH）與反應溫度T的關系如圖1，則上述CO₂轉化為甲醇的反應的△H＜0（填“＞”、“＜”、“=”）
（3）上述反應在實際生產(chǎn)中采用的溫度是300℃，其目的是加快反應速率，使催化劑活性較高．
（4）300℃時，將CO₂與H₂按1：3的體積比充入某密閉容器中，CO₂的平衡轉化率（a）與體系總壓強（P）的關系如圖2所示．回答問題：
①若其他條件不變，將A點的體積壓縮至原來的一半，一段時間后反應再次達到平衡，與原平衡相比較下列說法正確的是CD．
A．CO₂的濃度減小                     B．正反應速率增大，逆反應速率減小
C．CO₂和H₂的體積比仍然是1：3         D．H₂的體積分數(shù)減小
②B點平衡混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為22.7g/mol（保留一位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
（2）由圖可知，到達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應進行；
（3）采用300℃的溫度，可以加快反應速率，且催化劑活性較高；
（4）①A．體積壓縮，反應混合物各組分濃度均增大；
B．體積壓縮，壓強增大，正、逆反應速率都增大；
C．CO和H₂按1：3的體積比投入，且二者按物質(zhì)的量1：3反應，反應體系中CO₂和H₂的體積比始終為1：3；
D．壓縮體積，增大壓強，平衡正向移動，H₂的體積分數(shù)減��；
②由CO₂與H₂按1：3的體積比，設二氧化碳的物質(zhì)的量為1mol，則氫氣的物質(zhì)的量為3mol，而平衡時CO₂的平衡轉化率90%，根據(jù)三行式分析解答．

解答 解：（1）A．CO₂和CH₃OH的濃度相等，并不是不變，所以不能說明達平衡狀態(tài)，故錯誤；       
 B．H₂的百分含量保持不變，說明各物質(zhì)的量不變，反應達平衡狀態(tài)，故正確；
C．容器內(nèi)壓強保持不變，說明氣體的總物質(zhì)的量不變，反應達平衡狀態(tài)，故正確；            
D．達平衡時應有：v_正（H₂）=3v_逆（H₂O），故錯誤；
E．容器中混合氣體的密度一直保持不變，故錯誤；
故選：BC；
（2）由圖可知最高點反應到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，即△H＜0，
故答案為：＜；
（3）采用300℃的溫度，可以加快反應速率，且催化劑活性較高，
故答案為：加快反應速率，使催化劑活性較高；
（4）①A．體積壓縮，反應混合物各組分濃度均增大，故A錯誤；
B．體積壓縮，壓強增大，正、逆反應速率都增大，故B錯誤；
C．CO和H₂按1：3的體積比投入，且二者按物質(zhì)的量1：3反應，反應體系中CO₂和H₂的體積比始終為1：3，故C正確；
D．壓縮體積，增大壓強，平衡正向移動，H₂的體積分數(shù)減小，故D正確，
故選：CD；
②由CO₂與H₂按1：3的體積比，設二氧化碳的物質(zhì)的量為1mol，則氫氣的物質(zhì)的量為3mol，而平衡時CO₂的平衡轉化率90%，
          CO₂（g）+3H₂（g）→CH₃OH（g）+H₂O（g）
初起量：1mol     3mol             0                    0
變化量：0.9mol   2.7mol        0.9mol       0.9mol   
平衡量：0.1mol   0.3mol       0.9mol       0.9mol   
所以B點平衡混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：$\frac{44+6}{2.2}$=22.7g/mol，故答案為：22.7g/mol．

點評 本題考查化學平衡狀態(tài)、化學平衡計算與影響因素等知識點，難度中等，注意三行式在化學平衡計算中的應用．