Question

1．空氣中CO₂的含量及有效利用，已經(jīng)引起各國的普遍重視
Ⅰ：目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究反應原理，現(xiàn)進行如下實驗，在體積為1L的恒容密閉容器中，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甲所示．

（1）前3min內(nèi)，平均反應速率v（H₂）=0.5mol•L^-1•min^-1．此溫度下該反應的平衡常數(shù)為5.33（保留兩位小數(shù)，注意要寫單位）．
（2）下列措施中，既能使反應加快，又能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是D．
A．升高溫度    B．充入惰性氣體  C．將H₂O（g）從體系中分離   D．再充入1mol H₂
（3）圖乙中t₅時引起平衡移動的條件是D．（填序號）
A．升高溫度     B．增大反應物濃度   C．使用催化劑    D．增大體系壓強
（4）反應達到平衡后，若向反應體系再加入CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）各1mol，化學平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移動．
Ⅱ：利用CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）將CO₂轉化成燃料氣．T℃時，在恒容密閉容器中通入物質(zhì)的量均為0.1mol的CH₄與CO₂，發(fā)生上述反應，吸收熱量Q₁kJ，測得CH₄的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如圖所示，
（5）下列事實能說明該反應達到平衡的是ad
a．CO的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化
b．混合氣體的密度不再發(fā)生變化
c．v正（CO₂）=2v逆（H₂）
d．混合氣體壓強不再發(fā)生變化
e．單位時間內(nèi)生成n mol CH₄的同時消耗2n mol H₂
（6）據(jù)圖可知P₁、P₂、P₃、P₄由小到大的順序是P₁＜P₂＜P₃＜P₄．
（7）若將上述容器改為恒壓容器（反應前體積相同），起始時通入物質(zhì)的量均為0.1mol的CH₄與CO₂，相同的溫度下充分反應達到平衡后，放出熱量Q₂ kJ，
則Q₁＜Q₂（填“＞”“=”或“＜”）
Ⅲ：設反應①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g） 和反應②Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）的平衡常數(shù)分別為K₁、K₂，在不同溫度下，K₁、K₂的值如表所示：

T（K）	K1	K2
973	1.47	2.36
1173	2.15	1.67

（8）現(xiàn)有反應CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），是吸（填“吸”或“放”）熱反應．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算；根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積計算；
（2）要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，應使平衡向正反應方向移動；
（3）t₅時刻正逆反應速率都增大，且平衡正向進行，依據(jù)選項分析，
A．若是升高溫度，反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行不符合；
B．增大反應物濃度，正反應速率瞬間增大，此時逆反應速率不變；
C．催化劑同等程度改變正逆反應速率；
D．增大壓強平衡正向進行，反應速率增大；
（4）反應達到平衡后，若向反應體系再加入CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）各1mol，計算Qc和平衡常數(shù)K比較判斷反應進行的方向；
（5）a．CO的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，說明達平衡狀態(tài)；   
b．混合氣體的密度一直不發(fā)生變化，不一 定是平衡狀態(tài)；
c．v_正（CO₂）=$\frac{1}{2}$v_正（H₂）=2v_逆（H₂），所以不是平衡狀態(tài)；
d．混合氣體壓強不再發(fā)生變化，說明物質(zhì)的量不變，達平衡狀態(tài)；
e．單位時間內(nèi)生成n mol CH₄的同時消耗2nmolH₂都反映的量逆向，未體現(xiàn)正與逆的關系；
（6）增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動；
（7）若將上述容器改為恒壓容器（反應前體積相同），起始時通入物質(zhì)的量均為0.1mol的CH₄與CO₂，相當在原來的基礎上增大壓強，平衡逆向移動；
（8）已知①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H₁，②Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）△H₂，據(jù)蓋斯定律，①-②得：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=△H₁-△H₂；所以K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；K₁隨溫度的升高而增大，K₂隨溫度升高而減小，則K隨溫度升高而增大，說明正反應吸熱．

解答 解：（1）利用三段式解題法計算
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
開始（mol/L）：1       3          0         0
變化（mol/L）：0.5    1.5        0.5       0.5
3nim（mol/L）：0.5    1.5        0.5     0.5
從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=$\frac{1.5mol/L}{3min}$=0.5 mol•L^-1•min^-1，
利用三段式解題法計算
               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
平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，則k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33，
故答案為：0.5；5.33；
（2）要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，應使平衡向正反應方向移動，
A．因正反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，故A錯誤；
B．充入惰性氣體，使體系壓強增大，但對反應物質(zhì)來說，濃度沒有變化，平衡不移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故D錯誤．故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，生成物濃度減小，反應速率減小，平衡向正反應方向移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故C錯誤；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效于在原來基礎上縮小體積一半，壓強增大反應速率增大，平衡向正反應方向移動，則$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故D正確．
故答案為：D；
（3）t₅時刻正逆反應速率都增大，且平衡正向進行，依據(jù)選項分析，
A．若是升高溫度，反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，圖象中反應速率變化不符合，故A錯誤；
B．增大反應物濃度，正反應速率瞬間增大，此時逆反應速率不變，圖象速率曲線不符合，故B錯誤；
C．催化劑同等程度改變正逆反應速率，平衡不變，故C錯誤；
D．增大壓強平衡正向進行，正逆反應速率增大，故D正確；
故答案為：D；
（4）利用三段式解題法計算
                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
反應達到平衡后，若向反應體系再加入CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）各1mol，計算濃度商Q=$\frac{1.75×1.75}{1.25×1.7{5}^{3}}$=0.46＜K=5.33，反應正向進行，
故答案為：正向；
（5）a．CO的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，說明達平衡狀態(tài)，故a正確；   
b．混合氣體的密度一直不發(fā)生變化，不一 定是平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．v_正（CO₂）=$\frac{1}{2}$v_正（H₂）=2v_逆（H₂），所以不是平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．混合氣體壓強不再發(fā)生變化，說明物質(zhì)的量不變，達平衡狀態(tài)，故d正確；
e．單位時間內(nèi)生成n mol CH₄的同時消耗2nmolH₂都反映的量逆向，未體現(xiàn)正與逆的關系，故e錯誤，
故答案為：ad；
（6）壓強增大，平衡向逆反應方向移動，甲烷的轉化率變小，故P₄＞P₃＞P₂＞P₁，由小到大的順序為P₁＜P₂＜P₃＜P₄，故答案為：P₁＜P₂＜P₃＜P₄；
（7）若將上述容器改為恒壓容器（反應前體積相同），起始時通入物質(zhì)的量均為0.1mol的CH₄與CO₂，相當在原來的基礎上增大壓強，平衡逆向移動，放出的熱量應減小，故答案為：＜；
（8）已知①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H₁，②Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）△H₂，據(jù)蓋斯定律，①-②得：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=△H₁-△H₂；所以K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；K₁隨溫度的升高而增大，K₂隨溫度升高而減小，則K隨溫度升高而增大，說明正反應吸熱，故答案為：吸．

點評 本題考查了平衡受溫度、壓強的影響而移動的問題和平衡狀態(tài)的判斷，注意看準圖象是解題的關鍵，難度中等．