Question

8．固定和利用CO₂能有效地利用资源，并减少空气中的温室气体．工业上有一种用CO₂来生产甲醇燃料的方法：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）+49kJ．某科学实验将6molCO₂和8molH₂充入2L的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化如图实线所示．a，b，c，d括号内数据表示坐标．
（1）0～a，a～b，b～c，c～d四段中，平均反应速率最大的时间段是0～a，该时间段内H₂的平均反应速率是1mol/（L•min）．
（2）平衡时CO₂的转化率是多少？反应前后容器内的压强比时多少？（请按计算题格式在答题卡上作答）

Answer 1

分析 （1）a点时还没有达到平衡状态，从反应物的物质的量的变化趋势判断反应进行的方向，依次判断正逆反应速率大小，根据曲线的斜率判断，斜率越大，说明在单位时间内反应物的变化率越大，反应速率越大，也可分别计算不同时间内的反应速率大小来进行比较；
（2）利用三段式进行计算，
                     CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始物质的量/mol      6          8        0           0
物质的量变化/mol      2          6        2           2
平衡物质的量/mol      4          2        2           2      
转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，气体压强之比等于气体物质的量之比．

解答 解：（1）a点时还没有达到平衡状态，反应物氢气的物质的量继续减小，平衡向正向移动，所以正反应速率大于逆反应速率，分别计算不同时间内的反应速率：
0～1min内，v（H₂）=$\frac{（8-6）mol}{2L×1min}$=1mol/（L•min）；
1～3min内，v（H₂）=$\frac{（6-3）mol}{2L×（3-1）}$=0.75mol/（L•min）；
3～8min内，v（H₂）=$\frac{（3-1）mol}{2L×（8-3）min}$=0.1mol/（L•min）；
8min后达到化学平衡状态，正逆反应速率相等，综合速率为零；所以0～1min内反应速率最大，8～11min反应速率最小，
故答案为：0～a；1mol/（L•min）；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始物质的量/mol      6          8        0           0
物质的量变化/mol      2          6        2           2
平衡物质的量/mol      4          2        2           2      
二氧化碳的转化率=$\frac{2mol}{6mol}$×100%=33.3%
反应前后容器内的压强比等于气体物质的量之比：P前：P后=（6+8）：（4+2+2+2）=14：10=7：5；
答：平衡时二氧化碳的转化率为33.3%，该条件下反应前后容器内的压强比为7：5．

点评 本题考查化学反应速率或平衡的图象和热化学反应方程式，考查计算反应速率的大小比较以及反应物转化的多少，注意把握对题目图象的分析．题目较为综合，具有一定难度．