Question

目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，为探究反应原理，现进行如下实验：
在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和4mol H₂，一定条件下发生反应：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）=

0.225

mol/（L?min）．
（2）该反应的平衡常数表达式为

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

．
（3）下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

CD

．
A．升高温度                    B．充入He（g），使体系压强增大
C．将H₂O（g）从体系中分离        D．再充入1mol CO₂和4mol H₂
（4）如果在相同的容器中事先充入1mol CH₃OH和1mol H₂O，为了使反应达到的化学平衡和上述一样，则起始还需加入H₂的物质的量为

1mol

．

Answer 1

分析：（1）由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，根据浓度变化量之比等于化学计量数之比氢气的浓度变化量，根据v=

△c

△t

计算v（H₂）；
（2）化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写；
（3）使n（CH₃OH）/n（CO₂）应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量；
（4）在相同的容器中事先充入1mol CH₃OH和1mol H₂O，为了使反应达到的化学平衡和上述一样，与原平衡为等效平衡，按化学计量数转化到左边，满足n（CO₂）=1mol，n（H₂）=4mol，据此计算．

解答：解：（1）由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?mon），
故答案为：0.225；
（2）反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常数k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，
故答案为：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
（3）使n（CH₃OH）/n（CO₂）应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A、该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，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，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故B错误，
C、将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正确，
D、再充入1mol CO₂和4mol H₂，相当于充入1mol CO₂和3mol H₂，达平衡后再通入1molH₂．等效为增大压强，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，再通入1molH₂，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正确；
故答案为：CD；
（4）在相同的容器中事先充入1mol CH₃OH和1mol H₂O，按化学计量数转化到左边得到n（CO₂）=1mol，n（H₂）=3mol，使反应达到的化学平衡与原平衡相同，故起始还需加入H₂的物质的量为4mol-3mol=1mol，
故答案为：1mol．

点评：本题考查反应速率计算、化学平衡的计算与影响因素、平衡常数等，难度中等，注意基础知识的掌握，注意（4）中对等效平衡规律的掌握．