Question

由于溫室效應和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發(fā)利用，引起了各國的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂生產(chǎn)燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），該反應的能量變化如圖所示：
（1）上述反應平衡常數(shù)K的表達式為

 

，溫度降低，平衡常數(shù)K

 

（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（2）在體積為2L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，測得CO₂的物質的量隨時間變化如下表所示．從反應開始到5min末，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率v（H₂）=

 

．

t/min	0	2	5	10	15
n（CO2）/mol	1	0.75	0.5	0.25	0.25

（3）在相同溫度容積不變的條件下，能說明該反應已達平衡狀態(tài)的是

 

（填序號字母）
a．H₂的消耗速率與CH₃OH的消耗速率之比為3：1
b．容器內的密度保持不變
c．n（CO₂）：n（H₂）：n（CH₃OH）：n（H₂O）=1：3：1：1
d．容器內壓強保持不變
（4）下列條件能使上述反應速率增大，且平衡向正反應方向移動的是

 

（填序號字母）
a．及時分離出CH₃OH氣體
b．適當升高溫度
c．選擇高效的催化劑
d．保持容器的容積不變，再充入1mol CO₂和3mol H₂．

Answer 1

考點：化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）依據(jù)化學平衡和平衡常數(shù)概念書寫表達式，圖象分析反應是放熱反應，溫度降低，平衡正向進行；
（2）依據(jù)化學反應速率△V=

△c

△t

計算二氧化碳表示的反應速率，結合反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比計算氫氣反應速率；
（3）反應達到平衡狀態(tài)，正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，據(jù)此分析判斷選項；
（4）依據(jù)影響化學反應速率因素，平衡影響因素的理解，移動原理的分析判斷．

解答： 解：（1）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）平衡常數(shù)表達式=

c(H2O)c(CH3OH)

c3(H2)c(CO2)

，圖象分析反應是放熱反應，溫度降低，平衡正向進行，平衡常數(shù)增大；
故答案為：

c(H2O)c(CH3OH)

c3(H2)c(CO2)

；增大；
（2）圖表數(shù)據(jù)分析計算二氧化碳化學反應速率△V=

△c

△t

=

1mol/L-0.5mol/L

5min

=0.1mol/（L?min），v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.1mol/（L?min）=0.3mol/（L?min）；
故答案為：0.3mol/（L?min）；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反應是氣體體積減小的放熱反應，反應達到平衡狀態(tài)，正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，據(jù)此分析判斷選項；
a．H₂的消耗速率與CH₃OH的消耗速率之比為3：1，符合正逆反應速率相同，說明反應達到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．容器體積、質量不變，反應過程中和平衡狀態(tài)都不變，容器內的密度保持不變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．n（CO₂）：n（H₂O）：n（CH₃OH）：n（H₂O）=1：3：1：1，是物質的量之比符合計量數(shù)之比，但不能說明正逆反應速率相同，故c錯誤；
d．反應前后氣體體積減小，容器內壓強保持不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：ad；
（4）依據(jù)影響化學反應速率因素，平衡影響因素的理解，移動原理的分析判斷；下列條件能使上述反應速率增大，且平衡向正反應方向移動的；
a．及時分離出CH₃OH氣體，生成物濃度減小，反應速率減小，平衡正向進行，故a錯誤；
b．反應是放熱反應，適當升高溫度，反應速率增大，平衡逆向進行，故b錯誤；
c．選擇高效的催化劑，反應速率增大，平衡不動，故c錯誤；
d．保持容器的容積不變，再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當與增大壓強，反應速率增大，平衡正向進行，故d正確；
故答案為：d．

點評：本題考查了化學反應速率，化學平衡常數(shù)概念分析計算，影響因素和平衡標志的判斷是解題關鍵，題目難度中等．