Question

【題目】為探究用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在體積為1 L的密閉容器中，充入1 mol CO2和3 molH2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol－1，T溫度下，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如下圖。請回答下列問題：

(1) 達(dá)平衡時(shí)，氫氣的平衡濃度為C(H2)＝ 。

(2) 能夠說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是 (填字母序號，下同)。

A．恒溫、恒容時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再變化

B．恒溫、恒容時(shí)，容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化

C．一定條件下，CO、H2和CH3OH的濃度保持不變

D．一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗3 mol H2的同時(shí)生成1 mol CH3OH

(3)下列措施中能使平衡混合物中增大的是______________。

A．加入催化劑 B．充入He(g)，使體系壓強(qiáng)增大

C．將H2O(g)從體系中分離 D．降低溫度

(4) 求此溫度(T)下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K ＝ 。若開始時(shí)向該1 L密閉容器中充入1 mol CO2，2molH2，1.5mol CH3OH和1 mol H2O(g)，則反應(yīng)向 （填“正”或“逆”）反應(yīng)方向進(jìn)行。

Answer 1

【答案】（1）0.75mol/L；(2)AC；(3)CD；(4)5.33或，正。

【解析】

試題分析：（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CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O可知，氫氣的濃度變化為0.75mol/L×3=2.25mol/L，氫氣的平衡濃度為c(H2)= 3mol/L-2.25mol/L=0.75mol/L。

（2）A．該反應(yīng)為左右氣體系數(shù)和不相等的可逆反應(yīng)，壓強(qiáng)隨著反應(yīng)的進(jìn)行不斷變化，恒溫、恒容時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再變化說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；B．在恒溫、恒容、密閉容器中，根據(jù)密度=m÷V，密度始終不變，容器內(nèi)混合氣體的密度不能作為反應(yīng)達(dá)到平衡的判據(jù)，錯(cuò)誤；C．一定條件下，CO、H2和CH3OH的濃度保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；D．一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗3 mol H2的同時(shí)生成1 mol CH3OH，表述的都是正反應(yīng)速率，錯(cuò)誤；答案選AC。

（3）使n（CH3OH）/n（CO2）增大，采取的措施應(yīng)能使平衡向正反應(yīng)移動，但不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，A. 使用催化劑，平衡不移動，n（CH3OH）/n（CO2）不變，錯(cuò)誤；B.充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，容器的容積不變，反應(yīng)混合物的濃度不變，平衡不移動，n（CH3OH）/n（CO2）不變，錯(cuò)誤；C.將H2O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動，n（CH3OH）/n（CO2）增大，正確；D.該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，n（CH3OH）/n（CO2）增大，正確；答案選CD。

（4）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，則：

CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)

開始（mol/L）：1 3 0 0

變化（mol/L）：0.75 2.25 0.75 0.75

平衡（mol/L）：0.25 0.75 0.75 0.75

該溫度下平衡常數(shù)K=（0.75×0.75）÷（0.25×0.753）=5.33；

Q=（1.5×1）÷（1×23）=0.19<K，所以反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。