Question

在一恒温、恒容密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1
某种反应物和生成物的浓度随时间变化如图所示．
回答下列问题：
（1）Y的化学式是

 

．
（2）反应进行到3min时，v_正

 

v_逆（填“＞”或“＜”、“=”）．反应前3min，H₂的平均反应速率v（H₂）=

 

mol?L^-1?min^-1．
（3）不能判断该反应达到化学平衡状态的依据是

 

．
A．容器内各气体的体积比保持不变   B．混合气体密度不变
C．3v_逆（CH₃OH）=v_正（H₂）        D．H₂转化率为75%
（4）上述反应达到平衡后，往容器中同时加入1molCO₂和1mol H₂O（g），此时平衡将

 

（填“向左”、“向右”或“不”）移动．
（5）上述温度下，反应CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）的平衡常数K=

 

（计算结果保留2位小数）．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,反应速率的定量表示方法,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：化学平衡专题

分析：（1）由图可知反应进行到3min时，消耗的Y和生成的X均为0.5mol，说明二者的计量数相同，根据方程式判断；
（2）反应进行到3min时，反应未到达平衡状态；根据二氧化碳的浓度变化求出氢气的浓度变化，再求反应速率；
（3）在一定条件下，当化学反应达到平衡状态时，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变；
（4）先计算出平衡常数K，再根据Qc与K的大小关系判断；
（5）正逆反应的平衡常数互为倒数关系．

解答： 解：（1）由图可知反应进行到3min时，消耗的Y和生成的X均为0.5mol，说明二者的计量数相同，已知CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
则反应物Y为CO₂，故答案为：CO₂；
（2）反应进行到3min时，反应未到达平衡状态，反应仍正向进行，所以v_正＞v_逆；反应前3min，消耗的二氧化碳为1.00-0.50=0.50mol/L，则消耗的氢气为
0.50mol/L×3=1.50mol/L，则v（H₂）=

1.50mol/L

3min

=0.5mol?L^-1?min^-1，
故答案为：＞；0.5；
（3）在一定条件下，当化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，
A．容器内各气体的体积比保持不变，说明各物质的量保持不变，所以证明已经达到平衡状态，故A正确；
B．混合气体的体积不变，质量守恒，所以混合气体的密度始终不变，所以不能证明已经达到平衡状态，故B错误；
C．达到平衡状态时，不同物质的反应速率之比等于计量数之比，即是平衡状态，所以3v_逆（CH₃OH）=v_正（H₂） 时，说明已经达到平衡状态，故C正确；
D．由图可知，达到平衡状态时二氧化碳转化了0.75mol/L，则H₂转化了0.75mol/L×3=2.25mol/L，所以氢气的转化率为

2.25

3

×100%=75%，故D正确；
故答案为：B；
（4）由图可知，达到平衡状态时二氧化碳转化了0.75mol/L，则H₂转化了0.75mol/L×3=2.25mol/L，生成的c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L；
则平衡时c（CO₂）=0.25mol/L，c（H₂）=0.75mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（H₂O）=0.75mol/L，
则K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33，往容器中同时加入1molCO₂和1mol H₂O（g），则Qc=

0.75×(1+0.75)

(0.25+1)×0.753

=2.49＜K=5.33，则反应未到达平衡状态，所以反应向右进行，
故答案为：向右；
（5）反应CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）是反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的逆反应，二者的平衡常数互为倒数的关系，则K′=

1

K

=

1

5.33

=0.19，故答案为：0.19．

点评：本题考查反应速率计算、化学平衡的计算与影响因素、平衡常数的计算、反应方向的判断等，题目涉及的知识点较多，难度中等，侧重于考查学生分析和解决问题的能力．