Question

降低大气中CO₂的含量及有效利用CO₂，目前已引起各国普遍重视．
（1）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，在500℃下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g） 

催化剂

加热、加压

 CH₃OH（g）+H₂O（g）．实验测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如下图1所示．
①图2是改变温度时H₂的化学反应速率随时间变化的示意图，则该反应的正反应是

 

（填“吸热”或“放热”）反应．

②500℃达平衡时，CH₃OH的体积分数为

 

．CO₂的转化率为

 

前3分钟用H₂表示的反应速率

 

（2）图3中P是可自由平行滑动的活塞，关闭K，在相同温度时，向A容器中充入1molCH₃OH（g）和2molH₂O（g），向B容器中充入1.2molCH₃OH（g） 和2.4molH₂O（g），两容器分别发生上述（1）中反应的逆反应．
已知：起始时容器A和B的体积均为aL，反应达到平衡时容器B的体积为1.5aL，容器B中CH₃OH转化率为

 

；维持其他条件不变，若打开K一段时间后重新达到平衡，容器B的体积为

 

L（连通管中气体体积忽略不计，且不考虑温度的影响）．

Answer 1

考点：化学平衡的计算

专题：

分析：（1）①由图2可知，正、逆反应速率都增大，为升高温度，且逆反应速率增大更多，反应向逆反应进行，据此判断；
②利用三段式计算出反应混合物各组分的平衡时的浓度，计算的平衡浓度，转化率，根据体积分数的定义计算CH₃OH的体积分数，由图可知，前3min时二氧化碳的浓度变化量为1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，根据v=

△c

△t

算v（CO₂），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
（2）恒温、恒压条件下，气体的体积之比等于其物质的量之比，根据气体的体积计算参加反应的甲醇的物质的量，再根据转化率公式计算转化率；
打开K，AB组成的是恒温恒压容器，依据压强变化和物质的量变化成正比计算得到．

解答： 解：（1）①由图2可知，正、逆反应速率都增大，为升高温度，且逆反应速率增大更多，反应向逆反应进行，故正反应为放热反应，故答案为：放热；
②平衡时二氧化碳的浓度为0.25mol/L，则：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始（mol/L）：1       3              0          0
变化（mol/L）：0.75    2.25           0.75       0.75
平衡（mol/L）：0.25    0.75           0.75       0.75
由计算可知，平衡时CH₃OH的体积分数ω=

0.75

0.25+0.75+0.75+0.75

×100%=30%，
CO₂的转化率为=

0.75mol/L

1mol/L

×100%=75%
由图可知，10min到达平衡时二氧化碳的浓度变化量为1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，所以v（CO₂）=

0.5mol/L

3min

=

0.5

3

mol/（L?min），速率之比等于化学计量数之比，所以v（H₂）=3v（CO₂）=3×

0.5

3

mol/（L?min）=0.5mol/（L?min），
故答案为：30%；75%；0.5mol/（L?min）；
（2）B中是等压条件下的反应，等压条件下，气体的物质的量之比等于其体积之比，反应前气体的物质的量是3.6mol，则反应后气体的物质的量=

1.5aL

aL

×3.6mol=5.4mol，根据CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）知，参加反应的n（CH₃OH）=

5.4mol-3.6mol

2

=0.9mol，则甲醇的转化率=

0.9mol

1.2mol

×100%=75%；
打开K时，AB组成一个等温等压容器，相应的起始投入总物质的量与平衡的总体积成正比，设打开K重新达到平衡后总的体积为x，则x：（3+3.6）=1.5a：3.6，
求得x=2.75a，所以B的体积为2.75a-a=1.75a，
故答案为：75%；1.75a．

点评：本题考查较为综合，涉及反应速率、平衡常数、平衡移动影响因素分析判断，结合恒温、恒压条件下物质的量与体积的关系来分析解答，题目难度中等．