Question

6．CO₂加氫合成甲醇的技術(shù)，對(duì)減少溫室氣體排放和減緩燃料危機(jī)具有重要意義，發(fā)生的主要反應(yīng)如下：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）．回答下列問題：
（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）^{3}}$；
（2）已知K（350℃）＞K（400℃），則該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）；
（3）在350℃時(shí)，體積為0.5L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂發(fā)生上述反應(yīng)．測(cè)定出CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化的曲線如圖所示：
①能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是ab；
a．容器內(nèi)壓強(qiáng)不變               b．H₂的體積分?jǐn)?shù)不變
c．c（CH₃OH）=c（H₂O）            d．v_正（CO₂）=3v_逆（H₂）
②氫氣在0～10min的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.45 mol/（L•min）；
③在圖中標(biāo)出400℃時(shí)CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化的曲線．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；
（2）K（350℃）＞K（400℃），升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，據(jù)此判斷該反應(yīng)的熱效應(yīng)；
（3）①反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，以及由此衍生的其它一些物理量不變，可由此進(jìn)行判斷；
②根據(jù)平衡三部曲先求出參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量，然后根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計(jì)算出v（H₂）；
③該反應(yīng)放熱，溫度升高，速率加快，到達(dá)平衡的時(shí)間減小，平衡逆向移動(dòng)，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)減�。�

解答 解：（1）化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，則化學(xué)平衡常數(shù)為K=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）^{3}}$；
故答案為：$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）^{3}}$；
（2）K（350℃）＞K（400℃），升高溫度，K變小，則升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以逆反應(yīng)方向吸熱，正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，△H＜0；
故答案為：＜；
（3）①a．該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積減小的可逆反應(yīng)，隨反應(yīng)進(jìn)行，容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，當(dāng)反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，容器中壓強(qiáng)不變，所以能作為判斷化學(xué)平衡的依據(jù)，故a正確；
b、H₂的體積分?jǐn)?shù)不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)平衡狀態(tài)，故b正確；
c．生成的CH₃OH與H₂O的物質(zhì)的量之比為1：1，未平衡時(shí)濃度就相等，不能作為平衡狀態(tài)的標(biāo)志，故c不選；
d．v_正（CO₂）=3v_逆（H₂），即v_正（CO₂）：v_逆（H₂）=3：1，正逆反應(yīng)速率不相等，不能作為平衡狀態(tài)的標(biāo)志，故 d不選；
故答案為：ab； 
②設(shè)參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為3xmol
            CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始      1mol         3mol
反應(yīng)      xmol         3xmol              xmol                xmol  
平衡 （1-x）mol   （3-3x）mol       xmol                xmol
CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)$\frac{x}{4-2x}$×100%=30%，解得x=0.75，
在0～10min的平均反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{\frac{2.25mol}{0.5L}}{10min}$=0.45 mol/（L•min）；
故答案為：0.45 mol/（L•min）；
③該反應(yīng)放熱，溫度升高，速率加快，到達(dá)平衡的時(shí)間減小，平衡逆向移動(dòng)，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)減小，曲線圖為：；
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向和化學(xué)平衡，反應(yīng)速率的計(jì)算，綜合性較強(qiáng)，難度較大，側(cè)重于學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)原理、運(yùn)用能力的考查．