Question

20．研究和深度开发CO、CO₂的应用对构建生态文明社会具有重要的意义．
（1）在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，发生反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）．若该反应在一定温度下进行，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图甲所示．若该反应在两种温度下进行，测得CH₃OH的物质的量随时间的变化如图乙所示：
①从图甲可计算0min到10min的化学反应速率，v（H₂）=0.225．
②从图乙可分析出，该反应的△H＜0（填“＞、=、＜”），曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ＞K_Ⅱ（填“＞、=、＜”）．
③能说明上述反应达到平衡状态的是BC（选填编号）．
A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1（即图甲中交叉点）
B．容器内气体的压强不随时间的变化而变化
C．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
D．单位时间内每消耗3molH₂，同时生成1molH₂O
④下列措施中能使化学反应速率增大且平衡向正反应方向移动的是D．
A．将H₂O（g）液化从体系中分离    B．升高容器内温度
C．恒温恒压充入He             D．恒温恒容再充入1molCO₂和3molH₂
（2）800℃时，C（s）+CO₂（g）?2CO（g）的平衡常数K=1.64，相同条件下测得c（CO）=0.20mol•L^-1、c（CO₂）=0.05mol•L^-1，此时反应向正（填“正”或“逆”）方向进行．
（3）在密闭容器中通入1molH₂和1molCO₂发生H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H＞0反应，当反应达到平衡后，在其他条件不变时，若降低温度，请在图丙中画出正（v_正）、（v_逆）反应速率随时间t变化的示意图．）

Answer 1

分析 （1）①由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式可知氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量3倍为2.25mol/L结合v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$计算；
②根据图乙先拐先平衡，则温度Ⅱ＞Ⅰ，再根据图象温度高CH₃OH的产量少，说明升温平衡向逆反应方向移动，据此分析；
③化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量不发生变化；
④根据化学反应速率和化学平衡的影响因素进行判断；
（2）根据浓度商和化学平衡常数的相对大小判断，如果浓度商大于化学平衡常数，则反应向正反应方向移动，如果浓度商小于化学平衡常数，则反应向逆反应方向移动；
（3）该反应是气体体积不变的反应，压强不影响平衡，最终得到平衡时正逆反应速率与原平衡中的速率相等；但是恒压条件下加入再通入1mol H₂和1mol CO₂的混合气体后，容器的容积不大，反应物浓度增大，而生成物浓度减小，根据浓度对反应速率的影响画出正（v_正）、逆（v_逆）反应速率随时间t变化的示意图．

解答 解：（1）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）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L•mon），故答案为：0.225；
③根据图乙先拐先平衡，则温度Ⅱ＞Ⅰ，再根据图象温度高CH₃OH的产量少，说明升温平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应，温度高平衡常数小，曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ＞K_Ⅱ，故答案为：＜；＞；
③A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比与反应起始时的物质的量和平衡时转化的程度有关，不能说明上述反应达到平衡状态，故A错误；
B．反应前后气体的计量数之和不相等，混合气体的压强不随时间的变化而变化，说明上述反应达到平衡状态，故B正确；
C．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变，则正逆反应速率相等，说明上述反应达到平衡状态，故C正确；
D．无论反应是否平衡，单位时间内每消耗3molH₂，同时生成1molH₂O，故D错误；
故答案为：BC；
④CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反应是气体体积减小的放热反应，
A．将H₂O（g）液化从体系中分离，减少生成物浓度，平衡正向进行，但反应速率减小，故A错误；
B．升高容器内温度，平衡逆向移动，故B错误；
C．恒温恒压充入He，相当于减小反应体系的压强，化学反应速率减小，平衡逆向移动，故C错误；
D．恒温恒容再充入1molCO₂和3molH₂，相当于增大压强，化学反应速率加快，平衡正向进行，故D正确；
故答案为：D；
（2）Qc=$\frac{0.20{\;}^{2}}{0.05}$=0.8＜1.64，则平衡向正反应方向移动，故答案为：正；
（3）由于该反应是气体体积相等的反应，压强不影响平衡，所以最终得到平衡时的各组分含量、浓度与原平衡完全相同，所以达到平衡时的反应速率与原平衡时的速率相等；若再通入1mol H₂和1mol CO₂的混合气体后，由于恒压条件下，容器的容积增大，反应物浓度增大，生成物浓度减小，所以正反应速率增大，逆反应速率减小，之后正反应速率逐渐减小，逆反应速率增大，最终得到与原平衡相等的速率，据此画出的正（v_正）、逆（v_逆）反应速率随时间t变化的示意图为：，故答案为：．

点评 本题涉及化学反应速率的计算、平衡图象的分析、化学平衡状态的判断、化学平衡常数的应用等知识点，注意分析化学方程式的特征以及温度对平衡移动的影响．