Question

煤的液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术，其中合成CH₃OH 是最重要的研究方向之一。在2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g），在其他条件不变的情况下，探究温度对反应的影响，实验结果如下图所示（注：T₂＞T₁均大于300℃）。

①通过分析上图，可以得出对反应CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）的说法正确的是（填

序号）                  。

A．该反应为放热反应

B.T₁时的反应速率大于T₂时的反应速率

C.该反应在T₁时的平衡常数比T₂时的大

D.处于A点的反应体系从T₁变到T₂，达平衡时n(H₂)/n(CH₃OH)增大

②下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是                   （填序号）

a．体系压强保持不变                 b．v(H₂)＝3v(CO₂)

c．CH₃OH与H₂物质的量之比为1:3    d．每消耗1 mol CO₂的同时生成3molH₂

e.密闭容器中混合气体的密度不变      f.密闭容器中CH₃OH的体积分数不变

③在T₁温度时，将2molCO₂和6molH₂充入该密闭容器中，充分反应达平衡时，若CO₂的转化率为60%，则容器内的压强与起始压强之比为           ，该反应的平衡常数为              。

 

Answer 1

【答案】

（共10分）①   A C D  （3分） ②  a d f   （3分）③    7:10   、  0.52    （各2分）

【解析】

试题分析：①根据图像可知，当压强相同时，温度为T₂的曲线首先达到平衡状态，这说明温度是T₂＞T₁。但温度高，甲醇的含量低，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，因此正方应是放热反应，即△H＜0，A正确；温度是T₂＞T₁，所以T₁时的反应速率小于于T₂时的反应速率，B不正确；C、升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，所以该反应在T₁时的平衡常数比T₂时的大，C正确；处于A点的反应体系从T₁变到T₂时，平衡向逆反应方向移动，所以达平衡时n(H₂)/n(CH₃OH)增大，D正确，答案选ACD。

②在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。a．反应CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）是体积减小的可逆反应，因此体系压强保持不变时可以说明达到平衡状态，a正确；b．反应速率之比是相应的化学计量数之比，因此v(H₂)＝3v(CO₂)是恒成立的，b不正确；c．平衡时浓度不再发生变化，但物质之间的浓度不一定相等或满足某种关系，所以CH₃OH与H₂物质的量之比为1:3不能说明反应达到平衡状态，c不正确；d．每消耗1 mol CO₂的同时生成3molH₂，由于二者的反应速率相反，且满足反应速率之比是相应的化学计量数之比，因此可以说明达到平衡状态，d正确；e. 密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，所以密闭容器中混合气体的密度始终不变，e不能说明，e不正确；f.密闭容器中CH₃OH的体积分数不变可以说明反应达到平衡状态，f正确，答案选adf。

③                CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）

起始浓度（mol/L）  1        3              0          0

转化浓度（mol/L） 0.6      1.8            0.6        0.6

平衡浓度（mol/L） 0.4      1.2            0.6        0.6

所以容器内的压强与起始压强之比为＝

该反应的平衡常数K＝=＝0.52

考点：考查外界条件对平衡状态的影响、平衡状态的判断以及平衡常数的计算等