Question

11．工業(yè)上設(shè)計(jì)用CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇，既減少二氧化碳?xì)怏w，又得到寶貴的能源物質(zhì)．為了探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，某溫度下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示．
（1）從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，H₂的平均反應(yīng)速率=0.225 mol•（L•min）^-1；CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率=75%；平衡時(shí)放出的熱量小于49.0kJ（填“大于”“小于”或“等于”）．
（2）該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（{C}_{3}HOH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，該溫度下，化學(xué)平衡常數(shù)的值為$\frac{16}{3}$．
（3）下列說(shuō)法中能作為反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)標(biāo)志的是ABD（填字母）．
A．容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化
B．平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化
C．c（CO₂）和c（H₂）之比等于1：3
D．相同時(shí)間內(nèi)每斷裂3mol H-H鍵，同時(shí)斷裂3mol O-H鍵
（4）下列措施中能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$減小的是AB（填字母）．
A．再充入1mol CO₂和3mol H₂
B．將H₂O（g）從體系中分離
C．充入氦氣使體系壓強(qiáng)增大
D．升高溫度．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，二氧化碳的濃度變化量為0.75mol/L，v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•（L•min）^-1，結(jié)合速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算H₂的平均反應(yīng)速率；結(jié)合轉(zhuǎn)化率=$\frac{轉(zhuǎn)化的量}{開(kāi)始的量}$×100%、反應(yīng)不能完全轉(zhuǎn)化分析；
（2）K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(jì)算K；
（3）結(jié)合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判斷；
（4）能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$減小，使平衡正向移動(dòng)．

解答 解：（1）由圖可知，二氧化碳的濃度變化量為0.75mol/L，v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•（L•min）^-1，由速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比可知H₂的平均反應(yīng)速率為0.075mol•（L•min）^-1×3=0.225mol•（L•min）^-1，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.75}{1}$×100%=75%，轉(zhuǎn)化的二氧化碳小于1mol，則平衡時(shí)放出的熱量小于49.0kJ，
故答案為：0.225；75%；小于；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的K=$\frac{c（{C}_{3}HOH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
         CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開(kāi)始   1                3                  0                 0
轉(zhuǎn)化 0.75          2.25                0.75            0.75
平衡 0.25          0.75               0.75              0.75
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×（0.75）^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
故答案為：K=$\frac{c（{C}_{3}HOH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；$\frac{16}{3}$；
（3）A．容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化，可知物質(zhì)的量不變，為平衡狀態(tài)，故A正確；
B．平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化，物質(zhì)的量不變，為平衡狀態(tài)，故B正確；
C．c（CO₂）和c（H₂）之比等于1：3，不能判斷是否平衡，與開(kāi)始的量、轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故C錯(cuò)誤；
D．相同時(shí)間內(nèi)每斷裂3mol H-H鍵，同時(shí)斷裂3mol O-H鍵，可知正逆反應(yīng)速率相同，故D正確；
故答案為：ABD；　
（4）A．再充入1mol CO₂和3mol H₂，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，則能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$減小，故A正確；
B．將H₂O（g）從體系中分離，平衡正向移動(dòng)，能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$減小，故B正確；
C．充入氦氣使體系壓強(qiáng)增大，平衡不移動(dòng)，$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$不變，故C錯(cuò)誤；
D．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AB．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算及圖象，為高頻考點(diǎn)，把握?qǐng)D中濃度變化、平衡判定、化學(xué)平衡常數(shù)K的計(jì)算為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計(jì)算能力的考查，注意圖象分析與應(yīng)用，題目難度不大．