Question

1．（1）為探究用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實驗：在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3molH₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
T溫度下，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如下圖．請回答下列問題：
①達(dá)平衡時，氫氣的平衡濃度為C （H₂）=0.75mol/L．
②能夠說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是AC（填字母序號，下同）．
A．恒溫、恒容時，容器內(nèi)的壓強不再變化
B．恒溫、恒容時，容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化
C．一定條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變
D．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗3mol H₂的同時生成1mol CH₃OH
③下列措施中能使平衡混合物中$\frac{{n（C{H_3}OH）}}{{n（C{O_2}）}}$增大的是CD．
A．加入催化劑              B．充入He（g），使體系壓強增大
C．將H₂O（g）從體系中分離    D．降低溫度
④求此溫度（T）下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{16}{3}$．若開始時向該1L密閉容器中充入1mol CO₂，2molH₂，1.5mol CH₃OH和1mol H₂O（g），則反應(yīng)向正（填“正”或“逆”）反應(yīng)方向進(jìn)行．
（2 ）汽車燃油不完全燃燒時產(chǎn)生CO，在汽車中裝置催化轉(zhuǎn)化器可減少CO和NO的污染，其化學(xué)反應(yīng)方程式為2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，10min到達(dá)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；
②可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析解答；
③要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動；
④K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，結(jié)合平衡濃度計算；
（2）根據(jù)生成物為氮氣和二氧化碳書寫．

解答 解：（1）①由圖可知，10min到達(dá)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為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故氫氣的平衡濃度c（H₂）=3mol/L-2.25mol/L=0.75mol/（L•mon），
故答案為：0.75；
②A．反應(yīng)前后氣體的體積不等，所以壓強一直在變，則當(dāng)壓強不變時能說明達(dá)到平衡，故A正確；
B．反應(yīng)前后質(zhì)量不變，體積也不變，所以密度一直不變，則混合氣體的密度不再變化不能說明達(dá)到平衡，故B錯誤；
C．CO₂、H₂和CH₃OH的濃度不再變化，說明達(dá)到平衡，故C正確；
D．單位時間內(nèi)消耗3molH₂的同時生成1molCH₃OH，都是指正反應(yīng)方向，不能說明達(dá)到平衡，故D錯誤；
故選AC；
③要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，
A．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，則$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，故A錯誤；
B．充入He（g），使體系壓強增大，但對反應(yīng)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B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方法移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故C正確；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效于在原來基礎(chǔ)上縮小體積一半，壓強增大，平衡向正反應(yīng)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：CD；
④K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，則K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
      CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始 1                3                  0               
轉(zhuǎn)化  0.75           2.25            0.75            0.75
平衡  0.25          0.75             0.75            0.75
體積為1L的密閉容器，平衡濃度分別為0.25mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L，
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×（0.75）^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
       CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始 1                2                  1.5             1
則Q=$\frac{1.5×1}{1×{2}^{3}}$＜$\frac{16}{3}$=K，故正向進(jìn)行，
故答案為：K=$\frac{16}{3}$；正；
（2）汽車尾氣系統(tǒng)中裝置反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO+2NO $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案為：2CO+2NO $\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$ 2CO₂+N₂．

點評 考查反應(yīng)速率計算、化學(xué)平衡的計算與影響因素、平衡常數(shù)等，難度中等，注意基礎(chǔ)知識的掌握．