【題目】降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用 CO2,目前工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。為探究反應原理,現(xiàn)進行如下實驗,在體積為1L的恒容密閉容器中,充入1mol CO23mol H2,一定條件下發(fā)生反應:CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g) ΔH=-49.0kJ/mol。測得CO2CH3OH(g)的濃度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)___________________mol/(L·min);

2氫氣的轉(zhuǎn)化率=________________________;

3反應過程中,下列能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是______________________。

a.體系壓強保持不變          

b.混合氣體密度保持不變

c混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變

dCO2的消耗速率等于CH3OH的生成速率

eCO2CH3OH的物質(zhì)的量濃度相等

4該反應的平衡常數(shù)為__________________________ (保留小數(shù)點后2)

5下列措施中能使平衡體系中n(CH3OH)/n(CO2)增大的是_____________________。

A.升高溫度

B.充入He(g),使體系壓強增大

C.將H2O(g)從體系中分離出去

D.再充入1mol H2

6當反應達到平衡時,H2的物質(zhì)的量濃度為c1,然后向容器中再加入一定量H2,待反應再一次達到平衡后,H2的物質(zhì)的量濃度為c2,則c1________c2的關(guān)系(“>”、“<””)。

【答案】 0.225 75% ac 5.3 CD <

【解析】(1)利用三段式解題法計算

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

從反應開始到平衡,氫氣的平均反應速率v(H2)==0.225 mol/(L·min);(2)氫氣的轉(zhuǎn)化率==75%;(3)在一定條件下,當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時(但不為0),反應體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài),稱為化學平衡狀態(tài)。a.反應CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)是體積減小的可逆反應,因此體系壓強保持不變時可以說明達到平衡狀態(tài),a正確;b. 密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值,在反應過程中質(zhì)量和容積始終是不變的,所以密閉容器中混合氣體的密度始終不變,b不能說明,b不正確;c.未平衡時混合氣體的平均相對分子質(zhì)量是個變化的量,現(xiàn)在不隨時間的變化而變化,說明已經(jīng)達平衡狀態(tài),c正確;d、CO2的消耗速率等于CH3OH的生成速率,均為正反應速率,不能作為平衡標志,d錯誤;e.平衡時濃度不再發(fā)生變化,但物質(zhì)之間的濃度不一定相等,所以CO2CH3OH的物質(zhì)的量濃度相等不能說明反應達到平衡狀態(tài),e不正確;答案選擇ac;(4)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積,則K===5.33;(5)要使n(CH3OH)/n(CO2)增大,應使平衡向正反應方向移動,A.因正反應放熱,升高溫度平衡向逆反應方向移動,則n(CH3OH)/n(CO2)減小,選項A錯誤;B.充入He(g),使體系壓強增大,但對反應物質(zhì)來說,濃度沒有變化,平衡不移動,n(CH3OH)/n(CO2)不變,選項B錯誤;C.將H2O(g)從體系中分離,平衡向正反應方法移動,n(CH3OH)/n(CO2)增大,選項C正確;D.再充入1mol H2,增大反應物濃度,平衡向正反應方向移動,則n(CH3OH)/n(CO2)增大,選項D正確。答案選CD;(6)若是恒容密閉容器、反應后整個體系的壓強比之前來說減小了,加入氫氣雖然正向移動,平衡移動的結(jié)果是減弱這種改變,而不能消除這種改變,即雖然平衡正向移動,氫氣的物質(zhì)的量在增加后的基礎(chǔ)上減小,但是CO2(g)濃度較小、CH3OH(g) 濃度增大、H2O(g)濃度增大,且平衡常數(shù)不變達到平衡時H2的物質(zhì)的量濃度與加氫氣之前相比一定增大,故c1<c2。

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