Question

1．（1）为探究用CO₂来生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验：在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3molH₂，一定条件下发生反应：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
T温度下，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如下图．请回答下列问题：
①达平衡时，氢气的平衡浓度为C （H₂）=0.75mol/L．
②能够说明该反应已达到平衡的是AC（填字母序号，下同）．
A．恒温、恒容时，容器内的压强不再变化
B．恒温、恒容时，容器内混合气体的密度不再变化
C．一定条件下，CO、H₂和CH₃OH的浓度保持不变
D．一定条件下，单位时间内消耗3mol H₂的同时生成1mol CH₃OH
③下列措施中能使平衡混合物中$\frac{{n（C{H_3}OH）}}{{n（C{O_2}）}}$增大的是CD．
A．加入催化剂              B．充入He（g），使体系压强增大
C．将H₂O（g）从体系中分离    D．降低温度
④求此温度（T）下该反应的平衡常数K=$\frac{16}{3}$．若开始时向该1L密闭容器中充入1mol CO₂，2molH₂，1.5mol CH₃OH和1mol H₂O（g），则反应向正（填“正”或“逆”）反应方向进行．
（2 ）汽车燃油不完全燃烧时产生CO，在汽车中装置催化转化器可减少CO和NO的污染，其化学反应方程式为2CO+2NO$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂．

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；
②可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变，以此分析解答；
③要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，应使平衡向正反应方向移动；
④K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，结合平衡浓度计算；
（2）根据生成物为氮气和二氧化碳书写．

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，故氢气的平衡浓度c（H₂）=3mol/L-2.25mol/L=0.75mol/（L•mon），
故答案为：0.75；
②A．反应前后气体的体积不等，所以压强一直在变，则当压强不变时能说明达到平衡，故A正确；
B．反应前后质量不变，体积也不变，所以密度一直不变，则混合气体的密度不再变化不能说明达到平衡，故B错误；
C．CO₂、H₂和CH₃OH的浓度不再变化，说明达到平衡，故C正确；
D．单位时间内消耗3molH₂的同时生成1molCH₃OH，都是指正反应方向，不能说明达到平衡，故D错误；
故选AC；
③要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，应使平衡向正反应方向移动，
A．因正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，则$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$减小，故A错误；
B．充入He（g），使体系压强增大，但对反应物质来说，浓度没有变化，平衡不移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不变，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应方法移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故C正确；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效于在原来基础上缩小体积一半，压强增大，平衡向正反应方向移动，则$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故D正确；
故答案为：CD；
④K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，则K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
      CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始 1                3                  0               
转化  0.75           2.25            0.75            0.75
平衡  0.25          0.75             0.75            0.75
体积为1L的密闭容器，平衡浓度分别为0.25mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L，
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×（0.75）^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
       CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始 1                2                  1.5             1
则Q=$\frac{1.5×1}{1×{2}^{3}}$＜$\frac{16}{3}$=K，故正向进行，
故答案为：K=$\frac{16}{3}$；正；
（2）汽车尾气系统中装置反应的化学方程式为2CO+2NO $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2CO₂+N₂，
故答案为：2CO+2NO $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$ 2CO₂+N₂．

点评 考查反应速率计算、化学平衡的计算与影响因素、平衡常数等，难度中等，注意基础知识的掌握．