Question

5．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．

Answer 1

分析 ①由图可知，二氧化碳的浓度变化量为0.75mol/L，结合反应可知消耗H₂；
②结合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判断；
③能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$减小，使平衡正向移动；
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K，结合Qc与K判定平衡移动的方向．

解答 解：①由图可知，二氧化碳的浓度变化量为0.75mol/L，消耗c（H₂）=0.75mol/L×3=2.25mol．L，H₂的平衡浓度为3mol/L-2.25mol/L=0.75mol/L，
故答案为：0.75mol/L；
②A．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．质量、体积始终不变，则，密度始终不变，不能判断平衡状态，故B错误；
C．浓度保持不变，为平衡状态，故C正确；
D．单位时间内消耗3mol H₂的同时生成1mol CH₃OH，只体现正反应速率，不能确定正逆反应速率关系，不能判断平衡状态，故D错误；
故答案为：AC；　
③A．加入催化剂，平衡不移动，$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$不变，故A不选；              
B．充入He（g），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B不选；
C．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C选；    
D．降低温度，平衡正向移动，能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$减小，故D选；
故答案为：CD；
④CO₂（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=$\frac{0.75×0.75}{0.25×（0.75）^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
若开始时向该1L密闭容器中充入1mol CO₂，2molH₂，1.5mol CH₃OH和1mol H₂O（g），
Qc=$\frac{1×1.5}{1×{2}^{3}}$=0.1875＜$\frac{16}{3}$，平衡正向移动，
故答案为：$\frac{16}{3}$；正．

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．