Question

哥本哈根會議雖未能就減排問題達(dá)成有約束力的協(xié)議，但各國對于CO₂對氣候的影響達(dá)成了共識，都在積極研究方法循環(huán)利用CO₂．CO₂（g）與H₂（g）反應(yīng)可生成CH₃OH（g）和H₂O（g）．某實驗小組為研究該反應(yīng)進(jìn)行了如下實驗．在某溫度下，向容積為10L的恒溫恒容容器中充入a mol CO₂和a mol H₂，測得不同時刻的c（H₂）如右表．

時間/min	C（H2）/mol．L-1
0	0.40
2	0.28
4	0.19
6	0.13
8	0.08
10	0.04
12	0.04

（1）寫出生成CH₃OH反應(yīng)的化學(xué)方程式：

CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O

．若達(dá)平衡狀態(tài)時，放出的熱量為58.8kJ，則上述反應(yīng)的△H=

-49kJ/mol

．0～10min內(nèi)，CH₃OH的平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=

0.012mol/（L?min）

．
（2）下列措施能使平衡體系中

c(CH3OH)

c(CO2)

增大的是

CD

（填字母）．
A、升高溫度                          B、充入Ar使壓強(qiáng)增大
C、再充入0.5a mol CO₂和0.5a mol H₂D、將水從平衡體系中分離出來
（3）a=

4.0mol

，該溫度下上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

803.6

（精確到0.1）．
（4）在如圖所示的坐標(biāo)系中，畫出CO₂和H₂的濃度隨時間變化的圖象．

Answer 1

分析：（1）由題目信息可知，CO₂（g）與H₂（g）反應(yīng)生成CH₃OH（g）和H₂O（g）．由表中數(shù)據(jù)可知10min起氫氣的濃度不再變化，所以為可逆反應(yīng)．據(jù)此書寫方程式；
由表中數(shù)據(jù)可知氫氣的起始濃度為0.40mol/L，平衡濃度為0.04mol/L，據(jù)此計算出氫氣的物質(zhì)的量的變化量，結(jié)合放出的反應(yīng)熱，計算出3mol氫氣反應(yīng)放出的熱量．注意反應(yīng)熱數(shù)值與化學(xué)計量數(shù)有關(guān)，根據(jù)v=

△c

△t

計算v（H₂），再利用速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（CH₃OH）；
（2）A、該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動；
B、充入Ar使壓強(qiáng)增大，體積不變，反應(yīng)混合氣體濃度不變，平衡不移動；
C、等效為開始充入1.5a mol CO₂和1.5a mol H₂，體積變?yōu)樵瓉?.5倍，平衡后再將體積壓縮為原來體積．增大壓強(qiáng)平衡向體積減小的方向移動；
D、將水從平衡體系中分離出來，生成物的濃度降低，平衡向正反應(yīng)移動；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知氫氣的起始濃度為0.40mol/L，據(jù)此計算a的值，
平衡常數(shù)指生成物濃度的系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積的比值，平衡常數(shù)k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，根據(jù)三段式求出各組分的濃度變化量、平衡時各組分的濃度，代入平衡常數(shù)計算；
（4）由方程式判斷CO₂和H₂的濃度變化關(guān)系，計算平衡時CO₂和H₂的濃度，注意二者的起始濃度，據(jù)此作圖．

解答：解：（1）CO₂（g）與H₂（g）反應(yīng)生成CH₃OH（g）和H₂O（g）．由表中數(shù)據(jù)可知10min起氫氣的濃度不再變化，且不為0，所以為可逆反應(yīng)．反應(yīng)方程式為CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O．
由表中數(shù)據(jù)可知氫氣的起始濃度為0.40mol/L，平衡濃度為0.04mol/L，所以參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為
（0.40mol/L-0.04mol/L）×10L=3.6mol，所以3mol氫氣反應(yīng)放出的熱量為

3mol

3.6mol

×58.8kJ=49kJ，所以則上述反應(yīng)的CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O的反應(yīng)熱△H=-49kJ/mol．
由表中數(shù)據(jù)可知10min內(nèi)△c（H₂）=0.40mol/L-0.04mol/L=0.36mol/L，所以v（H₂）=

0.36mol/L

10min

=0.036mol/（L?min）．
速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，所以v（CH₃OH）=

1

3

v（H₂）=

1

3

×0.036mol/（L?min）=0.012mol/（L?min），
故答案為：CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O；-49kJ/mol；0.012mol/（L?min）；
（2）A、該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，c（CH₃OH）減小，c（CO₂）增大，所以

c(CH3OH)

c(CO2)

減小，故A錯誤；
B、充入Ar使壓強(qiáng)增大，體積不變，反應(yīng)混合氣體濃度不變，平衡不移動．所以

c(CH3OH)

c(CO2)

不變，故B錯誤；
C、等效為開始充入1.5a mol CO₂和1.5a mol H₂，體積變?yōu)樵瓉?.5倍，平衡后再將體積壓縮為原來體積．增大壓強(qiáng)平衡向體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)移動，c（CH₃OH）增大，c（CO₂）減小，所以

c(CH3OH)

c(CO2)

增大，故C正確；
D、將水從平衡體系中分離出來，生成物的濃度降低，平衡向正反應(yīng)移動．c（CH₃OH）增大，c（CO₂）減小，所以

c(CH3OH)

c(CO2)

增大，故D正確．
故選：CD；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知氫氣的起始濃度為0.40mol/L，所以a=0.40mol/L×10L=4mol．
根據(jù)三段式求出各組分的濃度變化量、平衡時各組分的濃度，
由表中數(shù)據(jù)可知氫氣的起始濃度為0.40mol/L，所以二氧化碳的起始濃度也為0.40mol/L，平衡時氫氣濃度為0.04mol/L，
    對于反應(yīng)    CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：0.4      0.4             0         0
變化（mol/L）：0.12   0.4-0.04=0.36     0.12      0.12
平衡（mol/L）：0.28     0.04            0.12      0.12
所以平衡常數(shù)k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

0.12×0.12

0.28×0.043

=803.6，
故答案為：4mol；803.6；
（4）由（3）計算可知，二氧化碳、氫氣的起始濃度為0.40mol/L．氫氣的平衡濃度為0.04mol/L，二氧化碳的平衡濃度為0.28mol/L．
由方程式 CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）可知，相同時間內(nèi)H₂的濃度變化是CO₂濃度變化的3倍，再根據(jù)表中氫氣各時刻的濃度，計算二氧化碳的各時刻濃度．
作圖如圖所示：
，故答案為：．

點評：本題考查反應(yīng)速率、平衡移動、平衡常數(shù)及計算、學(xué)生讀圖提取信息能力等，難度中等，作圖時要注意各時刻CO₂和H₂的濃度變化濃度關(guān)系及起始濃度、平衡濃度．