Question

9．已知CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O，在120℃时22gCO₂发生上述反应，其反应过程的能量变化如图1所示（单位为kJ•mol^-1）．
①该反应的热化学方程式为CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-890 kJ•mol^-1．
②该反应平衡常数K的表达式为$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$．
③在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂反应，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．从反应开始到达到化学平衡，v（H₂）=0.225mol/（L•min），下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的有CD（填字母）．
A．升高温度       B．加入催化剂     C．将H₂O（g）从体系中分离
D．再充入3mol H₂        E．充入He（g），使体系总压强增大．

Answer 1

分析 ①由图1可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，又22gCO₂发生上述反应，放出热量为896-451=445KJ，据此书写热化学方程式；
②化学平衡常数，是指在一定温度下，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由图2可知，甲醇的浓度变化量为0.75mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，改变条件使平衡向正反应移动，但只增大二氧化碳的浓度会使该比值减小．

解答 解：①由图1可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，又22gCO₂发生上述反应，放出热量为896-451=445KJ，所以1molCO₂发生上述反应，放出热量为445KJ×2=890KJ，则反应的热化学方程式为CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-890 kJ•mol^-1；
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-890 kJ•mol^-1；
②可逆反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的化学平衡常数k=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
故答案为：$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
③由图2可知，10min达平衡时甲醇的浓度变化量为0.75mol/L，所以v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），速率之比等于化学计量数之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min）；
使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，改变条件使平衡向正反应移动，但只增大二氧化碳的浓度会使该比值减小．
A．升高温度，平衡向逆反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故A错误；
B．加入催化剂，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3mol H₂，等效为增大压强，平衡正反应移动，平衡时n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正确；
E．充入He（g），反应混合物的浓度不变，变化不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故E错误；
 故答案为：0.225；CD．

点评 考查平衡图象、化学平衡有关计算、反应速率、化学平衡的影响因素等，难度不大，注意基础知识的理解掌握，（5）中只增大二氧化碳的浓度会使该比值减小，可以借助平衡常数分析理解．