Question

由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO₂含量并加以开发利用，引起了各国的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇, 一定条件下发生如下反应：
CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)
（1）写出该反应的平衡常数表达式：K＝                 ；已知：K(300℃)＞K(350℃)，则该反应是_______反应。（填“吸热”或“放热”）
（2）下列情况不能说明该反应一定达到平衡的是      
A混合气体的平均平均相对分子质量不变         B混合气体的压强不变
C单位时间内生成3mol H—H键，同时生成2 mol C=O键   
D．混合气体中 c (H₂) : c (CH₃OH) = 3:1
（3）为探究反应原理，现进行如下实验：在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。从反应开始到平衡，用H₂浓度变化表示的平均反应速率v(H₂)为           mol·L^－1·min^－1

（4）下列措施中能使（3）题中n(CH₃OH)/n(CO₂)增大的有           。(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充入He(g)，使体系总压强增大          E．再充入1molCO₂和3molH₂
（5）若在另一个密闭容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，保持压强不变,并使初始体积与（3）题中容器体积相等，且在相同的温度下进行反应，达到平衡时该容器中的CO₂的体积百分数 ________（3）题中的CO₂的体积百分数。(填“>”或“<”或“=”)

Answer 1

（1）K＝c(CH₃OH)c(H₂O)/c(CO₂)c³(H₂)；放热；（2）CD；（3）0.225；（4）CE；（5）＜。

试题分析：（1）根据反应CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)和化学平衡常数的定义写出该反应的平衡常数表达式：K＝c(CH₃OH)c(H₂O)/c(CO₂)c³(H₂)；已知：K(300℃)＞K(350℃)，则升高温度，平衡逆向移动，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，则该反应是放热反应；（2）A、根据M=m/n判断，随着反应的进行，混合气体的质量不变，物质的量发生变化，混合气体的平均相对分子质量不断变化，当混合气体的平均相对分子质量不变，反应已达平衡状态，错误；B、根据阿伏加德罗定律，同温同体积条件下，气体的压强之比等于物质的量之比，随着反应的进行气体的物质的量不断变化，混合气体的压强不断变化，当混合气体的压强不变时，反应已达平衡状态，错误；C、单位时间内生成3mol H—H键，同时生成2 mol C=O键 ，二者均为逆反应速率，不能说明该反应一定达到平衡，正确；D、混合气体中 c (H₂) : c (CH₃OH) = 3:1[，不能说明该反应一定达到平衡，正确；选CD；（3）根据题给图像知，10min时反应达到平衡状态，甲醇的浓度变化为0.75mol·L—1，根据公式v=△c/△t计算，v(CH₃OH)=0.075 mol·L^－1·min^－1，利用速率之比等于化学计量数之比计算，v(H₂)= 3v(CH₃OH)= 0.225 mol·L^－1·min^－1；（4）A、该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，n(CH₃OH)/n(CO₂)减小，错误；B、加入催化剂 ，平衡不移动，n(CH₃OH)/n(CO₂)不变，错误；C、将H₂O(g)从体系中分离，平衡正向移动，n(CH₃OH)/n(CO₂)增大，正确；D、等温等容条件下，充入He(g)，虽然体系总压强增大，但与反应相关的物质的浓度不变，平衡不移动，n(CH₃OH)/n(CO₂)不变，错误；E、等温等容条件下，再充入1molCO₂和3molH₂相当于增大压强，平衡正向移动，n(CH₃OH)/n(CO₂)增大，正确，选CE；（5）若一个密闭容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，保持压强不变，随着反应的进行，容器内气体的物质的量不断减小，容器的体积不断减小，相当于增大压强，平衡正向移动，达到平衡时该容器中的CO₂的体积百分数 ＜ （3）题中的CO₂的体积百分数。