Question

14．2009年12月7日至18日，气候变化峰会在丹麦首都哥本哈根召开，节能减排成为会议的重要议题．如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视．目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．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 H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）． 测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
（1）判断该反应达到平衡的标志是BC
A．CO₂和甲醇的浓度相等  B．CO₂的百分含量保持不变
C．容器内压强保持不变  D．容器内混合气体的密度保持不变
（2）从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=0.225mol/（L•min），二氧化碳的转化率为75%．

Answer 1

分析 （1）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（2）根据三段式计算出反应混合物各组分的浓度变化量、平衡时的浓度，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算出v（H₂）；根据转化率的定义计算平衡时二氧化碳的转化率．

解答 解：（1）A．CO₂和甲醇的浓度相等，而不是不变，故错误；  
B．CO₂的百分含量保持不变，说明各物质的量不变，反应达平衡状态，故正确；
C．容器内压强不变，说明气体的物质的量不变，故正确；  
D．容器内混合气体的密度一直保持不变，故错误；
故答案为：BC；  
（2）该工业方法制取甲醇原理为二氧化碳与氢气反应生成甲醇和水，反应方程式为
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
根据三段式计算
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始（mol/L）：1       3.25           0          0
变化（mol/L）：0.75    2.25           0.75       0.75
平衡（mol/L）：0.25     1             0.75       0.75
从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L．min），平衡时二氧化碳的转化率为$\frac{0.75mol/L}{1mol/L}$×100%=75%，故答案为：0.225；75%．

点评 本题考查化学平衡的有关计算、平衡状态判断，比较基础，有利于基础知识的巩固，注意判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡．