Question

19．降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用 CO₂，目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究反应原理，现进行如下实验，在一定体积的恒容密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．

（1）从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=0.1125mol/（L•min）；
（2）氢气的转化率=75%；
（3）下列措施中能使平衡体系中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（{H}_{2}）}$减小的是CD．
A．将H₂O（g）从体系中分离出去       B．充入He（g），使体系压强增大
C．升高温度                          D．再充入1molH₂
（4）下列不能表示反应达到平衡状态的是BE
A．体系压强不再改变      　    B．混合气体的密度不再改变
C．容器内的温度不再改变        D．混合气体的平均分子质量不再改变
E．V（CO₂）：V（H₂O）=1：1   F 混合气体的总物质的量不再改变．

Answer 1

分析 （1）由图可知，10min到达平衡时△c（CH₃OH）=0.375mol/L，由方程式可知△c（H₂）=3△c（CH₃OH），根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂）；
（2）根据二氧化碳起始浓度、起始物质的量计算容器体积，再根据△n=△c•V计算△n（H₂），进而是氢气转化率；
（3）使平衡体系中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（{H}_{2}）}$减小，可以使平衡逆向移动，注意不能增大甲醇或降低氢气的量，也可能增大氢气的量，使平衡正向移动；
（4）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡．

解答 解：（1）由图可知，10min到达平衡时△c（CH₃OH）=0.75mol/L，由方程式可知△c（H₂）=3△c（CH₃OH）=0.375mol/L×3=1.125mol/L，故v（H₂）$\frac{1.125mol/L}{10min}$=0.1125mol/（L•mon），
故答案为：0.1125mol/（L•mon）；
（2）容器的容积为$\frac{1mol}{0.5mol/L}$=2L，故△n（H₂）=2L×1.125mol/L=2.25mol，则氢气转化率为$\frac{2.25mol}{3mol}$×100%=75%，
故答案为：75%；
（3）A．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应移动，比值增大，故A错误；
B．充入He（g），使体系压强增大，容器的容积不变，反应混合物的浓度不变，平衡不移动，比值不变，故B错误；
C．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，比值减小，故C正确；
D．再充入1molH₂，平衡向正反应移动，但平衡时氢气物质的量增大、二氧化碳物质的量减小，比值减小，故D正确，
故选：CD；
（4）A．反应前后气体物质的量发生变化，容器内压强变化，体系压强不再改变说明到达平衡，故A正确； 　
B．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体的密度始终不变，故B错误；
C．容器内的温度不再改变，说明反应物的量不再变化，反应到达最大限度，到达平衡状态，故C正确；
D．反应前后气体物质的量发生变化，混合气体总质量不变，随反应进行平均相对分子质量变化，混合气体的平均分子质量不再改变说明到达平衡，故D正确；
E．未指明正逆速率，不能说明到达平衡，若分别表示正、逆速率，则反应到达平衡，故E错误；
F．随反应进行混合气体总物质的量发生变化，混合气体的总物质的量不再改变，说明到达平衡，故F正确，
故选：BE．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡状态判断、反应速率计算等，题目难度中等，（3）中注意学生容易只考虑逆向移动，忽略增大氢气正向移动情况．