Question

降低大氣中CO₂的含量及有效利用CO₂，目前已引起各國普遍重視．
（1）工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇．為探究反應原理，現(xiàn)進行如下實驗，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，在500℃下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g） 

催化劑

加熱、加壓

 CH₃OH（g）+H₂O（g）．實驗測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如下圖1所示．
①圖2是改變溫度時H₂的化學反應速率隨時間變化的示意圖，則該反應的正反應是

 

（填“吸熱”或“放熱”）反應．

②500℃達平衡時，CH₃OH的體積分數(shù)為

 

．CO₂的轉化率為

 

前3分鐘用H₂表示的反應速率

 

（2）圖3中P是可自由平行滑動的活塞，關閉K，在相同溫度時，向A容器中充入1molCH₃OH（g）和2molH₂O（g），向B容器中充入1.2molCH₃OH（g） 和2.4molH₂O（g），兩容器分別發(fā)生上述（1）中反應的逆反應．
已知：起始時容器A和B的體積均為aL，反應達到平衡時容器B的體積為1.5aL，容器B中CH₃OH轉化率為

 

；維持其他條件不變，若打開K一段時間后重新達到平衡，容器B的體積為

 

L（連通管中氣體體積忽略不計，且不考慮溫度的影響）．

Answer 1

考點：化學平衡的計算

專題：

分析：（1）①由圖2可知，正、逆反應速率都增大，為升高溫度，且逆反應速率增大更多，反應向逆反應進行，據(jù)此判斷；
②利用三段式計算出反應混合物各組分的平衡時的濃度，計算的平衡濃度，轉化率，根據(jù)體積分數(shù)的定義計算CH₃OH的體積分數(shù)，由圖可知，前3min時二氧化碳的濃度變化量為1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

算v（CO₂），再利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（H₂）；
（2）恒溫、恒壓條件下，氣體的體積之比等于其物質的量之比，根據(jù)氣體的體積計算參加反應的甲醇的物質的量，再根據(jù)轉化率公式計算轉化率；
打開K，AB組成的是恒溫恒壓容器，依據(jù)壓強變化和物質的量變化成正比計算得到．

解答： 解：（1）①由圖2可知，正、逆反應速率都增大，為升高溫度，且逆反應速率增大更多，反應向逆反應進行，故正反應為放熱反應，故答案為：放熱；
②平衡時二氧化碳的濃度為0.25mol/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
由計算可知，平衡時CH₃OH的體積分數(shù)ω=

0.75

0.25+0.75+0.75+0.75

×100%=30%，
CO₂的轉化率為=

0.75mol/L

1mol/L

×100%=75%
由圖可知，10min到達平衡時二氧化碳的濃度變化量為1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，所以v（CO₂）=

0.5mol/L

3min

=

0.5

3

mol/（L?min），速率之比等于化學計量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CO₂）=3×

0.5

3

mol/（L?min）=0.5mol/（L?min），
故答案為：30%；75%；0.5mol/（L?min）；
（2）B中是等壓條件下的反應，等壓條件下，氣體的物質的量之比等于其體積之比，反應前氣體的物質的量是3.6mol，則反應后氣體的物質的量=

1.5aL

aL

×3.6mol=5.4mol，根據(jù)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）知，參加反應的n（CH₃OH）=

5.4mol-3.6mol

2

=0.9mol，則甲醇的轉化率=

0.9mol

1.2mol

×100%=75%；
打開K時，AB組成一個等溫等壓容器，相應的起始投入總物質的量與平衡的總體積成正比，設打開K重新達到平衡后總的體積為x，則x：（3+3.6）=1.5a：3.6，
求得x=2.75a，所以B的體積為2.75a-a=1.75a，
故答案為：75%；1.75a．

點評：本題考查較為綜合，涉及反應速率、平衡常數(shù)、平衡移動影響因素分析判斷，結合恒溫、恒壓條件下物質的量與體積的關系來分析解答，題目難度中等．