Question

【題目】固定和利用CO2，能有效地利用資源，并減少空氣中的溫室氣體。工業(yè)上正在研究利用CO2來生產甲醇燃料的方法，該方法的化學方程式是：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H= -49.0 kJ/mol

某科學實驗將6 mol CO2和8 mol H2充入一容積為2 L的密閉容器中（溫度保持不變），測得H2的物質的量隨時間變化如右圖中實線所示（圖中字母后的數字表示對應的坐標）：

回答下列問題：

(1)該反應在_____條件下能自發(fā)進行（填編號）。

A.高溫 B.低溫 C.任何溫度

(2)該反應在0～8 min內CO2的平均反應速率是_________mol/(Lmin)。

(3)該反應的平衡常數K=_______。

(4)僅改變某一條件再進行實驗，測得H2的物質的量隨時間變化如圖中虛線所示。與實線相比，曲線Ⅰ改變的條件可能是__________，曲線Ⅱ改變的條件可能是_______________。

若實線對應條件下平衡常數為K，曲線Ⅰ對應條件下平衡常數為K1，曲線Ⅱ對應條件下平衡常數為K2，則K、K1和K2的大小關系是______________。

(5)根據化學反應速率與化學平衡理論，聯系化工生產實際，你認為下列說法不正確的是

________。

A.化學反應速率理論可指導怎樣在一定時間內快出產品

B.有效碰撞理論可指導怎樣提高原料的轉化率

C.勒夏特列原理可指導怎樣使用有限原料多出產品

D.催化劑的使用是提高產率的有效方法

E.正確利用化學反應速率和化學反應限度都可以提高化工生產的綜合經濟效益

Answer 1

【答案】B 0.125 mol/(Lmin) 0.5 升高溫度 增大壓強 K1＜K2=K BD

【解析】

(1)根據反應的自由能△G=△H-T△S<0分析；

(2)先計算0～8 min內H2的平均反應速率，然后利用速率關系計算；

(3)根據化學平衡常數的定義書寫計算。

(4)虛線I達到平衡時間比實線短，且平衡時n(H2)物質的量多；根據外界條件對化學反應速率和化學平衡的影響因素分析。

根據化學平衡常數只與溫度有關，結合該反應的正反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，化學平衡常數減小分析。

(5)根據外界條件對化學反應速率、化學平衡的影響及定義分析判斷。

(1)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H= -49.0 kJ/mol若要自發(fā)進行，△G=△H-T△S<0，由于△H<0，△S<0，要使△H-T△S<0，則反應的溫度T<0，故合理選項是B。(2)根據圖示可知在0～8 min內H2的平均反應速率v(H2)=mol/(L·min)，根據方程式可知v(CO2)：v(H2)=1：3，所以v(CO2)=v(H2)=×mol/(L·min)=0.125 mol/(L·min)；

(3)在反應開始時，n(H2)=8mol，n(CO2)=6mol，達到平衡時n(H2)=2mol，反應消耗了6mol，所以根據反應方程式中物質轉化關系可知：CO2反應消耗2mol，平衡時n(CO2) =4mol，n(CH3OH)=2mol，n(H2O)=2mol，容器的容積為2L，則各物質的平衡濃度：c(H2)==1mol/L，c(CO2) =2mol/L，c(CH3OH)=c(H2O)=1mol/L，由于化學平衡常數是可逆反應達到平衡狀態(tài)時各種生成物濃度冪之積與各種反應物濃度冪之積的比，所以該反應的平衡常數K==0.5；

(4)虛線I達到平衡時間比實線短，說明反應速率快，且平衡時n(H2)物質的量多，說明改變條件使平衡逆向移動又可以提高反應速率，可能是升高反應溫度；

虛線II達到平衡時間比實線短，說明反應速率快，且平衡時n(H2)物質的量減少，說明改變條件使平衡正向移動又可以提高反應速率，可能是增大體系的壓強；

化學平衡常數只與溫度有關，溫度不變，化學平衡常數不變，由于I是升高溫度，該反應的正反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，化學平衡常數減小，所以K1<K；反應II是增大壓強，反應溫度不變，化學平衡常數不變，因此K2=K，所以化學平衡常數的關系是K1＜K2=K；

(5)A.化學反應速率是衡量化學反應進行的快慢程度的物理量，所以化學反應速率理論可指導我們在一定時間內快出產品，多出產品，選項A正確；

B.能夠發(fā)生化學反應的碰撞為有效碰撞，所以有效碰撞理論可指導怎樣使化學反應速率加快，與如何提高原料的轉化率無關，選項B錯誤；

C.勒夏特列原理也就是化學平衡移動原理，可指導怎樣使用有限原料多出產品，提高原料轉化率，選項C正確；

D.催化劑的使用可提高反應速率，由于對正、逆反應速率影響相同，因此不能提高產率，選項D錯誤；

E.正確利用化學反應速率和化學反應限度可以盡快達到化學平衡，使化學平衡向有利于生產產品的方向進行，因此都可以達到提高化工生產的綜合經濟效益的目的，選項E正確；

答案選BD。