Question

8．目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如图1表示该反应进行过程中能量（单位为kJ•mol^-1）的变化．

（1）由图可知，该反应的△H＜0 （填“＞”、“＜”、“=”）；
（2）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3mol H₂，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．
①反应开始到平衡，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v（H₂）=0.225mol•L^-1•min^-1；
②下列措施中能使平衡时$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的有D．
A．升高温度        B．加入催化剂      C．充入He（g），使体系总压强增大
D．将H₂O（g）从体系中分离   E．再充入1mol CO₂
（3）该反应平衡常数K的表达式为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$； 反应达平衡时，保持其他条件不变，从体系中分离出部分甲醇，平衡常数K将不变（填“变大”、“变小”、“不变”）．

Answer 1

分析 （1）由图1可知，反应物总能量大于生成物总能量，反应为放热反应；
（2）①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）；
②使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$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；
（3）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变．

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，即△H＜0，
故答案为：＜；
（2）①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）；
故答案为：0.225；
②使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$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．正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$减小，故A错误；
B．加入催化剂，平衡不移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不变，故B错误；
C．充入He（g），反应混合物的浓度不变，平衡不移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不变，故C错误；
D．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故D正确；
E．再充入1mol CO₂，平衡虽然向正反应移动，但平衡时$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$减小，故E错误；
故选D．
（3）可逆反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的化学平衡常数k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；不变．

点评 本题考查平衡图象、化学平衡有关计算、反应速率、化学平衡及影响因素等，难度不大，注意基础知识的理解掌握，（2）中②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．