Question

在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图1所示．该反应过程中的能量变化如图2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

K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

．该条件下的平衡常数K=

5.33

（可用分数表示），温度升高，K值

减少

（填“增大”“不变”或者“减少”）
（3）如果在达平衡后某一时刻保持温度不变，只改变浓度，使c（CO₂）=1.00mol/L，c（H₂）=0.40mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.80mol/L，则平衡

b

（填写序号）．
a．向正反应方向移动    b．向逆反应方向移动    c．不移动    d．无法确定平衡移动方向
（4）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3mol H₂
（5）在反应体系中加入催化剂，E₁和E₂的变化是：E₁

减小

，E₂

减小

（填“增大”“减小、”“不变”）．对反应热是否有影响？

无

，原因是

催化剂不能改变反应物的总能量与生成物总能量的差值，即反应热不变

．

Answer 1

分析：（1）由图可知，平衡时二氧化碳的浓度变化量为1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，根据v=

△c

△t

计算v（CO₂），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
（2）根据反应方程式和平衡常数的概念书写K的表达式；利用三段式计算出反应混合物各组分的平衡时的浓度，代入平衡常数表达式计算；升高温度平衡向吸热反应方向移动，结合热效应判断平衡移动方向，据此分析平衡常数的变化；
（3）计算出平衡时各物质的浓度，根据平衡常数表达式计算；
（4）为使甲醇与二氧化碳的物质的量比值增大，应使平衡向正反应方向移动，或增加甲醇的物质的量；
（5）加入催化剂降低反应的活化能，反应热不变；

解答：解：（1）由图可知，10min到达平衡时二氧化碳的浓度变化量为1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，
所以v（CO₂）=

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（CO₂）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min），
故答案为：0.225mol/（L?min）；
（2）已知发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；则平衡常数表达式为：K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

，
平衡时二氧化碳的浓度为0.25mol/L，则：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始（mol/L）：1       3              0          0
变化（mol/L）：0.75    2.25           0.75       0.75
平衡（mol/L）：0.25    0.75           0.75       0.75
故500℃平衡常数k=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33，
该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，平衡常数k值减少，
故答案为：K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

；5.33，减少；
（3）只改变浓度，使c（CO₂）=1.00mol/L，c（H₂）=0.40mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.80mol/L，
则此时Qc=

0.8×0.8

1×0．43

=10＞K，则平衡向逆反应方向移动，故选b，
故答案为：b；
（4）a、升高温度，平衡向逆反应方向移动，甲醇与二氧化碳的物质的量比值减小，故a错误；
b、充入He（g），使体系压强增大，但对反应物质没有影响，平衡不移动，二者比值不变，故b错误；
c、将H₂O（g）从体系中分离，生成物的浓度减小，平衡向正反应方向移动，二者比值变大，故c正确；
d、再充入1mol CO₂和3mol H₂反应容器内压强增大，平衡状态与原平衡比较，要向正方向移动，甲醇浓度增大，二者比值增大，故d正确．
故答案为：cd；
（5）加入催化剂降低反应的活化能，所以E₁和E₂都减小，催化剂不能改变反应物的总能量与生成物总能量的差值，即反应热不变，
故答案为：减小；减小；无；催化剂不能改变反应物的总能量与生成物总能量的差值，即反应热不变．

点评：本题考查化学平衡的有关计算，催化剂对活化能和反应热的影响，本题难度不大，做题时注意平衡常数的计算和应用．