Question

5．固定和利用CO₂，能有效地利用资源，并减少空气中的温室气体．工业上正在研究利用CO₂来生产甲醇燃料的方法，该方法的化学方程式是：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）+49.0kJ；某科学实验将6mol CO₂和8mol H₂充入一容积为2L的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化如图中实线所示（图中字母后的数字表示对应的坐标）：回答下列问题：
（1）由图分析，在下列时间段内反应速率最快的时间段是a（填答案编号）．
a．0～1min     b．1～3min    c．3～8min    d．8～11min
（2）该反应在0～8min内CO₂的平均反应速率是0.125mol/（L•min）．
（3）仅改变某一条件再进行实验，测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示．与实线相比，曲线Ⅰ改变的条件可能是升高温度，曲线Ⅱ改变的条件可能是增大压强．
若实线对应条件下平衡常数为K，曲线Ⅰ对应条件下平衡常数为K₁，曲线Ⅱ对应条件下平衡常数为K₂，则K、K₁和K₂的大小关系是K₁＜K₂=K．
（4）下列表述能表示该反应已达平衡的是a、c（填答案编号）．
a．容器内压强不再改变                 b．容器内气体的密度不再改变
c．容器内气体平均摩尔质量不再改变     d．容器内各物质的物质的量相等．

Answer 1

分析 （1）根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$判断反应速率大小；
（2）图象分析计算氢气在0-8min内的反应速率，化学反应速率之比等于化学方程式计量数之比计算二氧化碳的反应速率；
（3）升高温度和增大压强都能增大反应速率，缩短反应到达平衡的时间，但升高温度平衡向吸热反应方向移动，增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，平衡常数只与温度有关，该反应中温度越高，平衡常数越小；
（4）当达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不发生变化．

解答 解：（1）根据图象知，a．0～1min内氢气的平均反应速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{8-6}{2×1}$mol/（L•min）=1mol/（L•min）．
b．1～3min内氢气的平均反应速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{6-3}{2}}{2}$mol/（L•min）=0.75mol/（L．min），
c．3～8min内氢气的平均反应速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{3-2}{2}}{5}$mol/（L•min）=0.1mol/（L．min），
d．8～11min时该反应处于平衡状态，氢气的物质的量变化量为0，
所以反应速率最大的是a，故选a；
故答案为：a；
（2）图象分析计算氢气的反应速率，速率之比等于关系方程式计量数之比计算该反应在0～8min内CO₂的平均反应速率，V（H₂）$\frac{\frac{8mol-2mol}{2L}}{8min}$=0.375mol/L•min，
则CO₂的平均反应速率V（CO₂）=$\frac{1}{3}$V（H₂）=$\frac{1}{3}$×0.375mol/L•min=0.125mol/L•min，
故答案为：0.125；
（3）该反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，改变条件I，反应到达平衡的时间缩短，则反应速率增大，达到平衡时，氢气的物质的量大于原平衡状态，说明改变条件I平衡向逆反应方向移动，所以该条件是升高温度；
改变条件II，反应到达平衡的时间缩短，则反应速率增大，达到平衡时，氢气的物质的量小于原平衡状态，说明平衡向正反应方向移动，则该条件是增大压强，
升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，且平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，所以K₁＜K₂=K，故答案为：K，故答案为：升高温度；增大压强；K₁＜K₂=K；
故答案为：升高温度；增大压强，K₁＜K₂=K；
（4）a．该反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，当容器内压强不再改变时，该反应达到平衡状态，故a正确；
b．该容器的容积不变，气体的质量不变，所以容器内气体的密度始终不变，所以不能判断反应达到平衡状态，故b错误；
c．该反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，当该反应达到平衡状态时，容器内气体平均摩尔质量不再改变，故c确；
d．当容器内各物质的物质的量相等时该反应不一定达到平衡状态，这与反应物的物质的量及转化率有关，故d错误；
故答案为：ac．

点评 本题考查化学反应速率或平衡的图象和热化学反应方程式，考查计算反应速率的大小及化学平衡状态的判断，注意把握对题目图象的分析，题目较为综合，具有一定难度．