Question

1．隨著人類對溫室效應(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)行如下實驗：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
測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．

①反應(yīng)開始到平衡，H₂的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol/（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CD．
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
D、再充入1mol CO₂和3mol H₂  E、使用催化劑                      F、擴大容器體積
（2）①反應(yīng)進(jìn)行到3分鐘時，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$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，經(jīng)計算該溫度下此反應(yīng)平衡常數(shù)的數(shù)值為$\frac{16}{3}$．

Answer 1

分析 （1）①由方程式可知：△c（H₂）=3△c（CH₃OH）=2.25mol/L，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂），轉(zhuǎn)化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%；
②使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，可以改變條件使平衡正向移動，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量；
（2）①3min后甲醇濃度增大到不變，二氧化碳濃度減小到不變，故3min時反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行；
②平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，計算各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計算．

解答 解：（1）①由方程式可知：△c（H₂）=3△c（CH₃OH）=2.25mol/L，故v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol/（L•min），轉(zhuǎn)化率=$\frac{2.25mol/L}{\frac{3mol}{1L}}$×100%=75%；
故答案為：0.225；75%；
②A．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，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤，
B．充入He（g），使體系壓強增大，容器的容積不變，反應(yīng)混合物的濃度不變，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯誤，
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動，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，平衡向正反應(yīng)移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
E．使用催化劑，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故E錯誤，
F．?dāng)U大容器體積，增大減小，平衡向逆反應(yīng)移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故F錯誤，
故答案為：CD；
（2）①3min后甲醇濃度增大到不變，二氧化碳濃度減小到不變，故3min時反應(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=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時甲醇的濃度變化為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=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；$\frac{16}{3}$．

點評 本題考查化學(xué)平衡的計算與影響因素、反應(yīng)速率計算、平衡常數(shù)等，難度中等，注意基礎(chǔ)知識的掌握．