Question

13．降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，目前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2L的恒容密闭容器中，充入2mol CO₂和6mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示：
（1）从反应开始到平衡，用CO₂表示该反应的平均速率ν（CO₂）=0.075mol/（L•min）；
（2）平衡时氢气的物质的量浓度为0.75；
（3）该条件下该反应的平衡常数K=$\frac{16}{3}$；
（4）下列措施中能使平衡体系中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是CD；
A．升高温度                                   B．充入He（g），使体系压强增大
C．将H₂O（g）从体系中分离出去 D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
（5）当达到平衡时，不再维持恒容，充入氩气保持压强不变，平衡将逆向（填“正向”、“逆向”或“不移动”）．

Answer 1

分析 （1）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；
（2）三行计算得到氢气的平衡浓度；
（3）根据平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计算；
（4）要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，应使平衡向正反应方向移动；
（5）当达到平衡时，不再维持恒容，充入氩气保持压强不变，体积增大，平衡向气体体积增大的方向进行；

解答 解：（1）①利用三段式解题法计算
                        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
v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min）
故答案为：0.075；
（2）上述计算可知氢气平衡浓度为0.75mol/L，
故答案为：0.75；
（3）平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=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
故答案为：$\frac{16}{3}$；
（4）要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，应使平衡向正反应方向移动，
A．因正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，则$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$减小，故A错误；
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，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不变，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应方法移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故C正确；
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$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故D正确．
故答案为：CD；
（5）当达到平衡时，不再维持恒容，充入氩气保持压强不变，体积增大，平衡向气体体积增大的方向进行，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），平衡逆向进行，
故答案为：逆向；

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，题目难度中等，注意根据图象计算各物质的平衡浓度为解答该题的关键．