Question

15．工业上有一种方法有效地开发利用CO₂，是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究反应原理，进行如下实验，在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H=-49.0kJ/mol．测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
（1）从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（CO₂）=0.075mol/（L•min）；
（2）氢气的转化率=75%；
（3）求此温度下该反应的平衡常数K=5.33；
（4）下列措施中能使平衡体系中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是AD
A．将H₂O（g）从体系中分离出去
B．充入He（g），使体系压强增大
C．升高温度
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
（5）当反应达到平衡时，CO₂的物质的量浓度为c₁，然后向容器中再加入一定量CO₂，待反应再一次达到平衡后，CO₂的物质的量浓度为c₂，则c₁＜ c₂（填＞、＜、=）

Answer 1

分析 由图象可知    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
以此可计算（1）、（2）、（3）题；
（4）要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，应使平衡向正反应方向移动；
（5）当反应达到平衡时，CO₂的物质的量浓度为c₁，然后向容器中再加入一定量CO₂，平衡正向移动，CH₃OH（g）、H₂O浓度增大，结合平衡常数不变判断．

解答 解：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
（1）v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），故答案为：0.075；
（2）氢气的转化率=$\frac{2.25}{3}$×100%=75%，
故答案为：75%；
（3）衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，则k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33，
故答案为：5.33；
（4）要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，应使平衡向正反应方向移动，
A．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应方法移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故A正确；
B．充入He（g），使体系压强增大，但对反应物质来说，浓度没有变化，平衡不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故B错误；
C．因正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，则n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故C错误；
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效于在原来基础上缩小体积一半，压强增大，平衡向正反应方向移动，则n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正确．
故答案为：AD；
（5）当反应达到平衡时，CO₂的物质的量浓度为c₁，然后向容器中再加入一定量CO₂，平衡正向移动，CH₃OH（g）、H₂O浓度增大，由于平衡常数不变，则CO₂的物质的量浓度也增大，
故答案为：＜．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡计算以及平衡移动等问题，为高考常见题型，题目难度较大，注意根据图象计算各物质的平衡浓度为解答该题的关键．