Question

【題目】工業(yè)上用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究該反應(yīng)原理，進(jìn)行如下實(shí)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(yīng)，CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）實(shí)驗測得CO2和CH3OH（g）的物質(zhì)的量（n）隨時間變化如圖1所示：

（1）從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H2）= ______ 。圖2是改變溫度時化學(xué)反應(yīng)速率隨時間變化的示意圖，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為 _____ 反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）。

（2）下列各項能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡標(biāo)志的是____(填序號字母)。

A.容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變 B.v正(CO2)=3v逆(H2)

C.容器內(nèi)CO2的體積分?jǐn)?shù)不變 D.混合氣體的密度保持不變

（3）500℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)為 ______ （保留兩位小數(shù)），若提高溫度到 800℃進(jìn)行，達(dá)平衡時，K值 ______ （填“增大”“減小”或“不變”）.

（4）下列措施中不能使CO2的轉(zhuǎn)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

（5）500℃，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“=”）。

（6）下列措施能使n（CH3OH）/n（CO2）增大的是 ______ 。

A．升高溫度 B．在原容器中充入1molHe

C．將水蒸氣從體系中分離出 D．縮小容器容積，增大壓強(qiáng)

Answer 1

【答案】 0.225mol/（Lmin） 放熱 A C 5.33 減小 BD ＞ CD

【解析】試題分析：本題考查圖像的分析，化學(xué)反應(yīng)速率的計算，化學(xué)平衡的標(biāo)志，化學(xué)平衡常數(shù)的計算和應(yīng)用，外界條件對化學(xué)平衡的影響。

（1）由圖1可知從開始到平衡CO2物質(zhì)的量濃度由1.00mol/L減小到0.25mol/L，υ（CO2）=（1.00mol/L-0.25mol/L）10min=0.075mol/(L·min)，則υ（H2）=3υ（CO2）=30.075mol/(L·min)=0.225mol/(L·min)。由圖2知，改變溫度，正、逆反應(yīng)速率都加快說明為升高溫度，逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，即升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

（2）A項，該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，建立平衡過程中氣體物質(zhì)的量減小，容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，平衡時氣體物質(zhì)的量不變，容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；B項，υ正(CO2)=3υ逆(H2)，表明正、逆反應(yīng)速率不相等，反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)；C項，容器內(nèi)CO2的體積分?jǐn)?shù)不變表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；D項，氣體的總質(zhì)量始終不變，容器的體積不變，混合氣體的密度始終不變，混合氣體的密度保持不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是A、C，答案選AC。

（3）結(jié)合圖1，用三段式

CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

c（起始）（mol/L）1.00 3 0 0

c（轉(zhuǎn)化）（mol/L）0.75 2.25 0.75 0.75

c（平衡）（mol/L）0.25 0.75 0.75 0.75

500℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)為=5.33。該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，化學(xué)平衡常數(shù)K值減小。

（4）A項，在原容器中再充入1mol H2，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率增大；B項，在原容器中再充入1molCO2，平衡向正反應(yīng)方向移動，根據(jù)勒夏特列原理（改變影響平衡的一個條件，平衡向著減弱這種改變的方向移動，但不能消除這種改變），CO2的轉(zhuǎn)化率減��；C項，縮小容器的容積，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率增大；D項，使用更有效的催化劑，平衡不移動，CO2的轉(zhuǎn)化率不變；E項，將水蒸氣從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率增大；不能使CO2轉(zhuǎn)化率增大的是B、D，答案選BD。

（5）此時刻的濃度商為=45.33，反應(yīng)正向進(jìn)行，υ（正）υ（逆）。

（6）A項，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，n（CH3OH）/n（CO2）減小；B項，在原容器中充入1molHe，由于各物質(zhì)的濃度沒有改變，平衡不發(fā)生移動，n（CH3OH）/n（CO2）不變；C項，將水蒸氣從體系中分離出，減小生成物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，n（CH3OH）/n（CO2）增大；D項，縮小容器容積，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動，n（CH3OH）/n（CO2）增大；能使n（CH3OH）/n（CO2）增大的是C、D，答案選CD。