Question

6．如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開(kāi)發(fā)利用CO₂引起了全世界的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇．為探究該反應(yīng)原理，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在容積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，在500℃下發(fā)生發(fā)應(yīng)，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）實(shí)驗(yàn)測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的物質(zhì)的量（n）隨時(shí)間變化如圖1所示：

（1）從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）．500℃達(dá)平衡時(shí)，CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)為30%，圖2是改變溫度時(shí)化學(xué)反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的示意圖，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）
（2）500℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)為5.33（保留兩位小數(shù)），若提高溫度到800℃進(jìn)行，達(dá)平衡時(shí)，K值減�。ㄌ睢霸龃蟆薄皽p小”或“不變”）．
（3）下列措施中不能使CO₂的轉(zhuǎn)化率增大的是BD．
A．在原容器中再充入1mol H₂B．在原容器中再充入1molCO₂
C．縮小容器的容積             D．使用更有效的催化劑
E．將水蒸氣從體系中分離出
（4）500℃條件下，測(cè)得某時(shí)刻，CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）和H₂O（g）的濃度均為0.5mol/L，則此時(shí)v（正）＞ v（逆）（填“＞”“＜”或“=”）
（5）下列措施能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是CD．
A．升高溫度  B．在原容器中充入1molHeC．將水蒸氣從體系中分離出    D．縮小容器容積，增大壓強(qiáng)．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知?dú)錃獾臐舛茸兓�等于甲醇的濃度變化�?倍為2.25mol/L，據(jù)此計(jì)算；先根據(jù)濃度變化計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)等于甲醇的物質(zhì)的量濃度與總物質(zhì)的量濃度之比；根據(jù)升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)判斷；
（2）平衡常數(shù)等于生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比值；升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小；
（3）要提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理結(jié)合選項(xiàng)判斷；
（4）依據(jù)計(jì)算濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
（5）要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)．

解答 解：（1）由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)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v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L•mon）；
開(kāi)始時(shí)c（CO₂）=1mol/L、c（H₂）=3mol/L，平衡時(shí)c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，則c（H₂）=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)等于甲醇的物質(zhì)的量濃度與總物質(zhì)的量濃度之比，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)=$\frac{0.75mol/L}{（0.25+0.75+0.75+0.75）mol/L}$×100%=30%
根據(jù)圖象知，升高溫度，逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
故答案為：0.225mol/（L•min）；30%；放熱；
（2）由（1）可知平衡時(shí)各組分的濃度c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，則c（H₂）=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，所以k=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.75{\;}^{3}}$=5.33，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，
故答案為：5.33；減小；
（3）A．在原容器中再充入1mol H₂，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
B．在原容器中再充入1molCO₂CO₂的轉(zhuǎn)化率反而減小，故錯(cuò)誤；
C．縮小容器的容積即增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
D．使用更有效的催化劑，平衡不移動(dòng)，CO₂的轉(zhuǎn)化率不變，故錯(cuò)誤；
E．將水蒸氣從體系中分離出，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
故答案為：BD；
（4）500℃條件下，測(cè)得某時(shí)刻，CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）和H₂O（g）的濃度均為0.5mol/L，濃度商Q=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5{\;}^{3}}$=4＜K=5.33，說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行v_正＞v_逆；
故答案為：＞；
（5）要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
A．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯(cuò)誤；
B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但對(duì)反應(yīng)物質(zhì)來(lái)說(shuō)，濃度沒(méi)有變化，平衡不移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯(cuò)誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方法移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．縮小容器容積，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確．
故答案為：CD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡計(jì)算以及平衡移動(dòng)等問(wèn)題，題目難度較大，注意根據(jù)圖象計(jì)算各物質(zhì)的平衡濃度為解答該題的關(guān)鍵．