Question

如何降低大氣中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(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，在500℃下發(fā)生反應(yīng)：
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圖1所示．
①從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

 

；
②圖2是改變溫度時H₂的化學(xué)反應(yīng)速率隨時間變化的示意圖，則該反應(yīng)的正反應(yīng)是

 

熱（填“吸”或“放”）反應(yīng)．
③該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為

 

（保留兩位小數(shù)）．若提高溫度到800℃進(jìn)行，達(dá)平衡時，K值

 

（填“增大”、“減小”或“不變”），
④500℃達(dá)平衡時，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)ω為

 

．
（2）一定條件下的密閉容器中，反應(yīng)3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）△H=-246.4kJ?mol^-1達(dá)到平衡時，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

（填字母代號）．
A．高溫高壓  B．加入催化劑   C．減少CO₂的濃度   D．增加CO的濃度   E．分離出二甲醚
（3）已知反應(yīng)②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）在某溫度下的平衡常數(shù)K=400．此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，反應(yīng)到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c/mol?L-1	0.44	0.60	0.60

此時，v （正）

 

 v （逆） （填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行計算,化學(xué)平衡的影響因素,物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：

分析：（1）①由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量3倍為2.25mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計算v（H₂）；
②由圖2可知，正、逆反應(yīng)速率都增大，為升高溫度，且逆反應(yīng)速率增大更多，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，據(jù)此判斷；
③平衡常數(shù)等于生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比值；升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小；
④根據(jù)平衡時各組分的濃度進(jìn)行計算；
（2）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，根據(jù)平衡移動原理結(jié)合選項判斷；
（3）計算此時的濃度商Qc，與化學(xué)平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，據(jù)此確定正、逆速率大小關(guān)系．

解答： 解：（1）①由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時甲醇的濃度變化為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^-1．min^-1，故答案為：0.225mol．L^-1．min^-1；
②由圖2可知，正、逆反應(yīng)速率都增大，為升高溫度，且逆反應(yīng)速率增大更多，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放；
③②由①可知平衡時各組分的濃度，所以k=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，故答案為：5.33；減小；
④由①可知平衡時各組分的濃度，所以平衡時CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)ω為

0.75

0.25+0.75+0.75+0.75

×100%=30%，故答案為：30%；
（2）A．由于反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，CO轉(zhuǎn)化率減小，故A錯誤；
B．催化劑不影響平衡移動，CO轉(zhuǎn)化率不變，故B錯誤；
C．減少CO₂的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．增加CO的濃度，CO的轉(zhuǎn)化率反而減小，故D錯誤；
E．分離出二甲醚，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故E正確；
故答案為：CE；
（3）濃度商Qc=

0.6×0.6

0.442

=1.86＜400，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，故答案為：＞．

點評：本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、平衡移動、熱化學(xué)方程式以及電化學(xué)等知識，題目難度中等，注意（3）中反應(yīng)速率的判斷．