Question

工業(yè)上“固定”和利用CO₂能有效地減輕“溫室’效應(yīng)．有一種用CO₂生產(chǎn)甲醇燃料的方法：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1
（1）在相同溫度和容積不變時，能說明該反應(yīng)已達平衡狀態(tài)的是

 

．
A．n（CO₂）：n（H₂）：n（CH₃OH）：n（H₂O）=1：3：1：1
B．容器內(nèi)壓強保持不變
C．H₂的消耗速率與CH₃OH的消耗速率之比為1：3
D．容器內(nèi)的密度保持不變
E．容器內(nèi)CO₂的質(zhì)量保持不變
F．容器內(nèi)的平均相對分子量保持不變
（2）某科學實驗將6molCO₂和8molH₂充入2L的密閉容器中，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示（實線）．
①a點正反應(yīng)速率

 

（填大于、等于或小于）逆反應(yīng)速率．
②僅改變某一實驗條件再進行兩次實驗，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中虛線所示，曲線I對應(yīng)的實驗條件改變是

 

，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)的實驗條件改變是

 

．
③計算從反應(yīng)開始至1分鐘，CO₂的反應(yīng)平均速率．（寫出計算過程）
④求平衡時氫氣的轉(zhuǎn)化率和該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K．（寫出計算過程）

Answer 1

考點：化學平衡的計算,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學平衡專題

分析：（1）可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，一定滿足正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進行判斷；
（2）①根據(jù)圖象中氫氣的物質(zhì)的量變化判斷反應(yīng)進行的方向，然后判斷正逆反應(yīng)速率大小；
②曲線Ⅰ的反應(yīng)速率大于原反應(yīng)，達到平衡時氫氣的物質(zhì)的量增大，說明平衡向著逆向移動；曲線Ⅱ的反應(yīng)速率大于原反應(yīng)，達到平衡時氫氣的物質(zhì)的量減小，說明平衡向著正向移動；
③根據(jù)v=

△c

△t

計算氫氣的反應(yīng)速率，結(jié)合各個物質(zhì)表示的速率之比等于系數(shù)之比來計算．
④根據(jù)圖象中實線數(shù)據(jù)判斷達到平衡狀態(tài)時氫氣的物質(zhì)的量，計算出氫氣濃度及濃度變化，利用三段式列式計算出各組分的濃度，再利用平衡常數(shù)表達式計算出該反應(yīng)的平衡常數(shù)．

解答： 解：（1）A．n（CO₂）：n（H₂）：n（CH₃OH）：n（H₂O）=1：3：1：1，不能判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，無法判斷是否達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．該反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，容器內(nèi)壓強保持不變，表明正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度不再變化，達到了平衡狀態(tài)，故B正確；
C．當H₂的消耗速率與CH₃OH的消耗速率之比為3：1時才能表示正逆反應(yīng)速率，且滿足計量數(shù)關(guān)系，說明達到了平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．容器內(nèi)的密度保持不變，反應(yīng)方程式兩邊都是氣體，氣體的總質(zhì)量不變，容器的容積固定，所以反應(yīng)過程中氣體的密度始終不變，所以密度不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故D錯誤；
E．容器內(nèi)CO₂的質(zhì)量保持不變，即濃度不睡時間變化而變化，達到了平衡，故E正確；
F．容器內(nèi)的平均相對分子量等于質(zhì)量和物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量守恒，但是n變化，所以當平均相對分子量保持不變，達到了平衡，故F正確；
故選BEF；
（2）①根據(jù)圖象可知，a到b過程中氫氣的物質(zhì)的量減小，說明反應(yīng)向著正向移動，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，故答案為：大于；
②由曲線Ⅰ的反應(yīng)速率增大，且達到平衡時氫氣的物質(zhì)的量增大，平衡向著逆向移動，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，說明升高了溫度，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡向著逆向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率減小；
根據(jù)曲線Ⅱ的曲線可知，反應(yīng)速率比原反應(yīng)增大，達到平衡時氫氣的物質(zhì)的量減小，平衡向著正向移動，該反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，說明增大了壓強，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡性在正向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：升高溫度；增大壓強；
③從反應(yīng)開始至1分鐘，H₂的反應(yīng)平均速率=

8mol-6mol 2L

1min

=1mol?（L?min）^-1，物質(zhì)表示的速率之比等于系數(shù)之比，所以CO₂的反應(yīng)平均速率=

1

3

v（H₂）=0.33 mol?（L?min）^-1；
答：從反應(yīng)開始至1分鐘，CO₂的反應(yīng)平均速率0.33 mol?（L?min）^-1；
④CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始物質(zhì)的量/mol      6          8              0           0
物質(zhì)的量變化/mol      2          6              2           2
平衡物質(zhì)的量/mol      4          2              2           2      
H2的轉(zhuǎn)化率=n（H₂）消耗n（H₂）起始×100%═

6

8

×100%=75%，
K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

2mol 2L × 2mol 2L

4mol 2L ×( 2mol 2L )3

=0.5L^-2/mol^-2；
答：平衡時氫氣的轉(zhuǎn)化率為75%，該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.5L^-2/mol^-2．

點評：本題考查了化學平衡狀態(tài)的判斷、原電池電極反應(yīng)式書寫、化學平衡的計算等知識，題目難度較大，涉及的知識點較多，充分考查了學生對書寫知識的掌握情況．