Question

6．CO₂加氢合成甲醇的技术，对减少温室气体排放和减缓燃料危机具有重要意义，发生的主要反应如下：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）．回答下列问题：
（1）该反应的平衡常数表达式为$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）^{3}}$；
（2）已知K（350℃）＞K（400℃），则该反应的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）；
（3）在350℃时，体积为0.5L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂发生上述反应．测定出CH₃OH的体积分数随时间变化的曲线如图所示：
①能判断该反应达到化学平衡状态的依据是ab；
a．容器内压强不变               b．H₂的体积分数不变
c．c（CH₃OH）=c（H₂O）            d．v_正（CO₂）=3v_逆（H₂）
②氢气在0～10min的平均反应速率v（H₂）=0.45 mol/（L•min）；
③在图中标出400℃时CH₃OH的体积分数随时间变化的曲线．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值；
（2）K（350℃）＞K（400℃），升高温度，平衡向逆反应方向移动，据此判断该反应的热效应；
（3）①反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，以及由此衍生的其它一些物理量不变，可由此进行判断；
②根据平衡三部曲先求出参加反应的氢气的物质的量，然后根据v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算出v（H₂）；
③该反应放热，温度升高，速率加快，到达平衡的时间减小，平衡逆向移动，CH₃OH的体积分数减小．

解答 解：（1）化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值，则化学平衡常数为K=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）^{3}}$；
故答案为：$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）^{3}}$；
（2）K（350℃）＞K（400℃），升高温度，K变小，则升高温度平衡向逆反应方向移动，所以逆反应方向吸热，正反应方向为放热反应，△H＜0；
故答案为：＜；
（3）①a．该反应是一个反应前后气体体积减小的可逆反应，随反应进行，容器内压强减小，当反应到达平衡状态时，容器中压强不变，所以能作为判断化学平衡的依据，故a正确；
b、H₂的体积分数不变，说明正逆反应速率相等，达平衡状态，故b正确；
c．生成的CH₃OH与H₂O的物质的量之比为1：1，未平衡时浓度就相等，不能作为平衡状态的标志，故c不选；
d．v_正（CO₂）=3v_逆（H₂），即v_正（CO₂）：v_逆（H₂）=3：1，正逆反应速率不相等，不能作为平衡状态的标志，故 d不选；
故答案为：ab； 
②设参加反应的氢气的物质的量为3xmol
            CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始      1mol         3mol
反应      xmol         3xmol              xmol                xmol  
平衡 （1-x）mol   （3-3x）mol       xmol                xmol
CH₃OH的体积分数$\frac{x}{4-2x}$×100%=30%，解得x=0.75，
在0～10min的平均反应速率v（H₂）=$\frac{\frac{2.25mol}{0.5L}}{10min}$=0.45 mol/（L•min）；
故答案为：0.45 mol/（L•min）；
③该反应放热，温度升高，速率加快，到达平衡的时间减小，平衡逆向移动，CH₃OH的体积分数减小，曲线图为：；
故答案为：．

点评 本题主要考查了化学反应进行的方向和化学平衡，反应速率的计算，综合性较强，难度较大，侧重于学生对化学反应原理、运用能力的考查．