Question

隨著人類對(duì)溫室效應(yīng)和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了各國(guó)的普遍關(guān)注
（1）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(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol
測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖所示．
①反應(yīng)開始到平衡，H₂的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

0.225

mol/（L?min）．H₂的轉(zhuǎn)化率為

75%

．
②下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

CDF

．
A、升高溫度                       B、充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大
C、將H₂O（g）從體系中分離           D、再充入1mol CO₂和3mol H₂
E、使用催化劑                      F、縮小容器體積
（2）①反應(yīng)進(jìn)行到3分鐘時(shí)，同種物質(zhì)的v_正 與v_逆的關(guān)系：v_正

＞

v_逆 （填＞，=，＜）
②上述反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式為

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，

，經(jīng)計(jì)算該溫度下此反應(yīng)平衡常數(shù)的數(shù)值為

16

3

．

Answer 1

分析：（1）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，由方程式可知?dú)錃獾臐舛茸兓�等于甲醇的濃度變化�?倍為2.25mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（H₂），根據(jù)n=cV計(jì)算參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量，再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算；
②使n（CH₃OH）/n（CO₂）應(yīng)采取措施，使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量；
（2）①由圖可知反應(yīng)進(jìn)行3min時(shí)，反應(yīng)未到達(dá)平衡，此后二氧化碳的濃度降低、甲醇的濃度增大，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行；
②化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此生成；
利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算．

解答：解：（1）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，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?mon），
參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為0.75mol/L×1L=0.75mol，故氫氣的轉(zhuǎn)化率為

0.75mol

1mol

×100%=75%，
故答案為：0.225，75%；
②使n（CH₃OH）/n（CO₂）應(yīng)采取措施，使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A、該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A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(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯(cuò)誤，
C、將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確，
D、再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
E、使用催化劑，平衡不移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故E錯(cuò)誤，
F、縮小容器體積，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故F正確，
故答案為：CDF；
（2）①由圖可知反應(yīng)進(jìn)行3min時(shí)，反應(yīng)未到達(dá)平衡，此后二氧化碳的濃度降低、甲醇的濃度增大，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故v_正＞v_逆，
故答案為：＞；
②反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，
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
 故該溫度下平衡常數(shù)k=

0.75×0.75

0.25×0.753

=

16

3

故答案為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，

16

3

．

點(diǎn)評(píng)：考查反應(yīng)速率計(jì)算、化學(xué)平衡的計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)等，難度中等，注意基礎(chǔ)知識(shí)的掌握．