Question

11．工业上设计用CO₂来生产燃料甲醇，既减少二氧化碳气体，又得到宝贵的能源物质．为了探究反应原理，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，某温度下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间的变化关系如图所示．
（1）从反应开始到平衡，H₂的平均反应速率=0.225 mol•（L•min）^-1；CO₂的平衡转化率=75%；平衡时放出的热量小于49.0kJ（填“大于”“小于”或“等于”）．
（2）该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{c（{C}_{3}HOH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，该温度下，化学平衡常数的值为$\frac{16}{3}$．
（3）下列说法中能作为反应达到平衡状态标志的是ABD（填字母）．
A．容器内压强不再变化
B．平均相对分子质量不再变化
C．c（CO₂）和c（H₂）之比等于1：3
D．相同时间内每断裂3mol H-H键，同时断裂3mol O-H键
（4）下列措施中能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$减小的是AB（填字母）．
A．再充入1mol CO₂和3mol H₂
B．将H₂O（g）从体系中分离
C．充入氦气使体系压强增大
D．升高温度．

Answer 1

分析 （1）由图可知，二氧化碳的浓度变化量为0.75mol/L，v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•（L•min）^-1，结合速率之比等于化学计量数之比计算H₂的平均反应速率；结合转化率=$\frac{转化的量}{开始的量}$×100%、反应不能完全转化分析；
（2）K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K；
（3）结合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判断；
（4）能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$减小，使平衡正向移动．

解答 解：（1）由图可知，二氧化碳的浓度变化量为0.75mol/L，v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•（L•min）^-1，由速率之比等于化学计量数之比可知H₂的平均反应速率为0.075mol•（L•min）^-1×3=0.225mol•（L•min）^-1，CO₂的平衡转化率为$\frac{0.75}{1}$×100%=75%，转化的二氧化碳小于1mol，则平衡时放出的热量小于49.0kJ，
故答案为：0.225；75%；小于；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的K=$\frac{c（{C}_{3}HOH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
         CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始   1                3                  0                 0
转化 0.75          2.25                0.75            0.75
平衡 0.25          0.75               0.75              0.75
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×（0.75）^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
故答案为：K=$\frac{c（{C}_{3}HOH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；$\frac{16}{3}$；
（3）A．容器内压强不再变化，可知物质的量不变，为平衡状态，故A正确；
B．平均相对分子质量不再变化，物质的量不变，为平衡状态，故B正确；
C．c（CO₂）和c（H₂）之比等于1：3，不能判断是否平衡，与开始的量、转化率有关，故C错误；
D．相同时间内每断裂3mol H-H键，同时断裂3mol O-H键，可知正逆反应速率相同，故D正确；
故答案为：ABD；　
（4）A．再充入1mol CO₂和3mol H₂，压强增大，平衡正向移动，则能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$减小，故A正确；
B．将H₂O（g）从体系中分离，平衡正向移动，能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$减小，故B正确；
C．充入氦气使体系压强增大，平衡不移动，$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$不变，故C错误；
D．该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，故D错误；
故答案为：AB．

点评 本题考查化学平衡计算及图象，为高频考点，把握图中浓度变化、平衡判定、化学平衡常数K的计算为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意图象分析与应用，题目难度不大．