Question

12．在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2mol CO₂和3mol H₂，发生的反应为CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-akJ．mol^-1（a＞0），测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
（1）能说明该反应已达平衡状态的是AB（填序号）；
A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
B．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4molH₂O
D．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1，且保持不变
（2）从0min到10min，v（H₂）=0.075 mol•L^-1•min^-1；
（3）下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是CD（填序号）；
A．升高温度                 B．恒温恒容下充入He（g）
C．将H₂O（g）从体系中分离     D．恒温恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂
（4）该温度下此反应的平衡常数K=0.20（保留两位有效数字）．若使该反应K=l，则可以改变以下D（填序号）条件．
A．增大压强    B．增大反应物浓度   C．降低温度      D．升高温度    E．加入催化剂．

Answer 1

分析 （1）①平衡状态的标志可以两个方两去判断，一、是看正逆反应速是否相等，二是各组分的浓度和分数是否随时间的改变而改变；也可以抓住未平衡时是个变量，现在不变说明已经达到平衡状态了，来解决问题；
（2）计算二氧化碳的反应速率，结合速率之比等于化学方程式计量数之比计算氢气的反应速率v=$\frac{△c}{△t}$计算得到；
（3）根据外界条件的改变来判断平衡移动方向，然后去分析分子和分母的变化情况；
（4）用三行式来求平衡时的各组分浓度，然后代入平衡常数表达式求解，要注意代入平衡常数表达式是平衡浓度，平衡常数是温度的函数，温度变平衡常数才变，到底如何变，还要看反应的热效应；

解答 解：（1）①未平衡时是个变量，现在不变说明已经达到平衡状态了，
A．未平衡CO₂的体积分数是个变化的量，现在混合气体CO₂的体积分数保持不变，说明已经平衡了，故A正确；
B．未平衡时混合气体的平均相对分子质量是个变化的量，现在不随时间的变化而变化，说明已经达平衡状态，故B正确；
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，向正方向，同时生成0.4mol H₂O，也向正方向，不能反映正逆反应之间的关系，故C错误；
D．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1，且保持不变，不能说明各自的量不再随时间的变化而变化，故C错误；
故选AB；
（2）从0min到10min，v（CO₂）=$\frac{1.0mol/L-0.75mol/L}{10min}$=0.025mol/L•s，v（H₂）=3v（CO₂）=0.025mol/L•s×3=0.075mol/L•s，
故答案为：0.075 mol•L^-1•min^-1；
（3）A．升高温度，平衡逆向移动，故比值减小，故A不选；
B．恒温恒容下充入He（g），平衡不移动，故比值不变，故B不选；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡正向移动，故比值变大，故选C；
D．恒温恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂，相当于增大压强，平衡正向移动，故比值变大，故选D；
故答案为CD；
（4）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始（mol/L） 1        1.5        0         0
变化（mol/L） 0.25     0.75     0.25      0.25
平衡（mol/L） 0.75     0.75      0.25      0.25
所以 K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.7{5}^{3}}$=0.20，
而平衡常数是温度的函数，只有通过改变温度来改变平衡常数，正反应量放热反应，降低温度，K值变大，
故答案为：0.20；D．

点评 本题考查了化学平衡的有关知识，学生要学会三行式在解题中的应用，综合性强，但难度不大．