Question

工業(yè)上也可以用CO₂和H₂反應制得甲醇．在2×10⁵Pa、300℃的條件下，若有44g CO₂與6g H₂恰好完全反應生成氣體甲醇和水，放出49.5kJ的熱量．試寫出該反應的熱化學方程式：

 

．
某次實驗將6mol CO₂和8mol H₂充入2L的密閉容器中，測得H₂的物質的量隨時間變化如圖所示（實線）．
試回答下列問題：
（1）a點正反應速率

 

（填大于、等于或小于）逆反應速率．
（2）下列時間段平均反應速率最大的是

 

，最小的是

 

．
A．0～1min
B．1～3min
C．3～8min
D．8～11min
（3）計算該實驗平衡時氫氣的轉化率和該條件下反應的平衡常數(shù)K（寫出計算過程）．
（4）僅改變某一實驗條件再進行兩次實驗，測得H₂的物質的量隨時間變化如圖中虛線所示，曲線I對應的實驗條件改變是

 

，曲線Ⅱ對應的實驗條件改變是

 

．

Answer 1

考點：物質的量或濃度隨時間的變化曲線,反應熱和焓變,化學平衡的影響因素,化學反應速率和化學計量數(shù)的關系

專題：化學平衡專題

分析：依據(jù)題干條件，計算化學方程式中的量對應下的反應放熱，結合熱化學方程式的書寫方法，標注物質聚集狀態(tài)，對應量的反應熱；
（1）據(jù)圖象中氫氣的物質的量變化判斷反應進行的方向，然后判斷正逆反應速率大��；
（2）單位時間氫氣的物質的量的變化量越大，表明平均速率越大，單位時間氫氣的物質的量的變化量越小，平均反應速率越��；
（3）根據(jù)圖象中實線數(shù)據(jù)判斷達到平衡狀態(tài)時氫氣的物質的量，計算出氫氣濃度及濃度變化，利用三段式列式計算出各組分的濃度，再利用平衡常數(shù)表達式計算出該反應的平衡常數(shù)；
（4）由圖1可知，曲線Ⅰ最先到達平衡，平衡時氫氣的物質的量增大，故改變條件應增大反應速率且平衡向逆反應移動；曲線Ⅱ到達平衡的時間比原平衡短，平衡時氫氣的物質的量減小，故改變條件應增大反應速率且平衡向正反應移動；結合反應的特征進行分析．

解答： 解：已知4.4g CO₂氣體與H₂經催化加氫生成CH₃OH氣體和水蒸氣時放出4.95kJ的能量，則1mol二氧化碳全部反應放熱49.5KJ；結合熱化學方程式書寫方法寫出熱化學方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5KJ/mol；
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5KJ/mol；
（1）根據(jù)圖象可知，a到b過程中氫氣的物質的量減小，說明反應向著正向移動，正反應速率大于逆反應速率，
故答案為：大于；
（2）由圖1可知，0～1min內氫氣的變化量為8mol-6mol=2mol； B．1～3min內氫氣的變化量為6mol-3mol=3mol，平均1min變化量為1.5mol； C．3～8min內氫氣的變化量為3mol-2mol=1mol，平均1min變化量為0.2mol；D．8～11min達平衡狀態(tài)，氫氣的物質的量不再變化．故1～3min速率增大，8～11min速率最小，
故答案為：A；D；
（3）由圖象可知，實線表示的曲線，在8分鐘達到平衡狀態(tài)，此時氫氣的物質的量為2mol，氫氣的濃度為：

2mol

2L

=1mol/L，氫氣的濃度變化為：

8mol

2L

-1mol/L=3mol/l，反應前二氧化碳的濃度為：

6mol

2L

=3mol/L，利用化學平衡的三段式可得：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
c（起）（mol/L ） 3      4        0         0
△c （mol/L ）    1      3        1        1
c（平）（mol/L ） 2      1         1        1
H₂的轉化率=

氫氣濃度的變化量

氫氣的起始濃度

×100%=

3

4

×100%=75%
K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

(1mol/L)×(1mol/L)

(2mol/L)×(1mol/L)3

=0.5L^-2/mol^-2；
故答案為：0.75；0.5L^-2/mol^-2；
（4）對于可逆反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1，正反應是體積減小的放熱反應；由圖1可知，曲線Ⅰ最先到達平衡，平衡時氫氣的物質的量增大，故改變條件應增大反應速率且平衡向逆反應移動，可以采取的措施為：升高溫度；曲線Ⅱ到達平衡的時間比原平衡短，平衡時氫氣的物質的量減小，故改變條件應增大反應速率且平衡向正反應移動，可以采取的措施為：增大壓強或者是增大CO₂濃度，
故答案為：升高溫度；增大壓強．

點評：本題考查化學平衡圖象、反應速率大小判斷、外界條件對平衡的影響等，題目難度不大，注意圖象1中利用“先拐先平”，即曲線先折拐的首先達到平衡，以此判斷溫度或壓強的高低，再依據(jù)外界條件對平衡的影響解答．