Question

【題目】如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發利用CO2引起了全世界的普遍重視。目前工業上有一種方法是用CO2來生產燃料甲醇。為探究該反應原理，進行如下實驗：在容積為1L的密閉容器中，充入1mol CO2和3mol H2，在500℃下發生發應，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。實驗測得CO2和CH3OH(g)的物質的量(n)隨時間變化如圖所示：

(1)從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v(H2)=________________。下圖是改變溫度時化學反應速率隨時間變化的示意圖，則該反應的正反應為____________反應（填“放熱”或“吸熱”）。

(2)500℃該反應的平衡常數為______（保留兩位小數），若提高溫度到800℃進行，達平衡時，K值______（填“增大”、“減小”或“不變”）。

(3)500℃條件下，測得某時刻，CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)和H2O(g)的濃度均為0.5mol/L，則此時v(正)______v(逆)（填“＞”、“＜”或“=”）。

(4)下列措施能使 增大的是______。

A．升高溫度 B．在原容器中充入1molHe

C．將水蒸氣從體系中分離出 D．縮小容器容積，增大壓強

Answer 1

【答案】0.225mol/(L·min) 放熱 5.33 減小 ＞ CD

【解析】

（1）由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量3倍為2.25mol/L，再結合計算；根據溫度對平衡的影響效果作答；
（2）平衡常數等于生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比值；升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小；

（3）依據計算濃度商和該溫度下的平衡常數比較分析判斷反應進行方向；

（4）要增大，應使平衡向正反應方向移動，根據平衡移動原理結合選項判斷。

（1）由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量的3倍，為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v(H2)= =0.225mol/(L·mon)；根據圖示信息可知，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，則該反應的正反應為放熱反應，故答案為：0.225mol/(L·min)；放熱；

（2）由（1）可知平衡時各組分的濃度c(CO2)=0.25mol/L，c(CH3OH)=c(H2O)=0.75mol/L，則c(H2)=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，所以平衡常數K===5.3；升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡常數會減小，故答案為：5.3；減小；

（3） CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)和H2O(g)的濃度均為0.5mol/L，則濃度商Q==4＜K=5.33，說明反應正向進行v(正)＞v(逆)；故答案為：＞；

（4）CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)為氣體體積減小的放熱反應，則

A．該反應為放熱反應，則升高溫度，平衡向逆反應方向移動，減小，A項錯誤；

B. 在原容器中充入1 mol He，反應物的濃度保持不變，平衡不移動，的值保持不變，B項錯誤；

C. 將水蒸氣從體系中分離出，平衡向正反應方向移動，的值增大，C項正確；

D. 縮小容器容積，增大壓強，平衡向正反應方向移動，的值增大，D項正確；

故答案為CD。