Question

9．CO₂可转化成有机物实现碳循环．
（1）在体积为1L的密闭容器中，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=-49.0mol•L^-1，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图1所示．

①从0min到10min，v（H₂）=0.225mol•（L•min）^-1．
②能说明上述反应达到平衡状态的是BD（选填编号）．
A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1（即图中交叉点）
B．容器内气体的压强不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗3mol H₂，同时生成1mol H₂O
D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
③下列措施中能使n （CH₃OH）/n （CO₂）增大的是AD（选填编号）．
A．将H₂O（g）从体系中分离B．恒温恒容充入He
C．恒温恒压充入HeD．恒温恒容再充入1mol CO₂和3mol H₂
（2）据报道，一定条件下由二氧化碳和氢气合成二甲醚已成为现实．
2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）在一定压强下，测得反应的实验数据如表．

	500	600	700	800
1.5	45	33	20	12
2.0	60	43	28	15
3.0	83	62	37	22

分析表中数据回答下列问题：
①反应的温度升高，K值减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②提高氢碳比[n（H₂）/n（CO₂）]，K值不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）800℃时，C（s）+CO₂（g）?2CO（g）的平衡常数K=1.64，相同条件下测得c（CO）=0.20mol•L^-1、c（CO₂）=0.05mol•L^-1，此时反应向正（填“正”或“逆”）方向进行．
（4）在密闭容器中通入1mol H₂和1mol CO₂发生H₂（g）+CO₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H＞0反应，当反应达到平衡后，在其他条件不变时，若升高温度，请在图中画出正（v_正）、逆（v_逆）反应速率随时间t变化的示意图2．

Answer 1

分析 （1）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
②可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
③A．将H₂O（g）从体系中分离，平衡正向移动；
B．恒温恒容充入He，平衡不移动；
C．恒温恒压充入He，容器体积增大，反应混合物浓度减小，分压减小，平衡逆向移动；
D．恒温恒容再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效为增大压强，平衡逆向移动；
（2）①$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$一定时，升高温度，二氧化碳转化率减小，说明升高温度平衡正向移动；
②平衡常数只受温度影响；
（3）计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行；
（4）当反应达到平衡后，在其他条件不变时，若升高温度，改变条件瞬间正逆反应速率都增大，正反应为吸热反应，平衡时正向移动，瞬间正反应速率增大更多，然后正反应速率减小，逆反应速率增大，到达新平衡时正逆速率又相等．

解答 解：（1）①10min内生成甲醇为0.75mol，则v（CH₃OH）=$\frac{\frac{0.75mol}{1L}}{10min}$=0.075mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，则v（H₂）=3v（CH₃OH）=0.225mol/（L．min），
故答案为：0.225；
②A．图中交叉点后甲醇物质的量继续增大到不变，二氧化碳物质的量继续减小到不变，说明交叉点未到达平衡，反应向正反应进行，故A错误；
B．随反应进行混合气体总物质的量减小，恒温恒容下容器内压强减小，容器内气体的压强不随时间的变化而变化说明到达平衡，故B正确；
C．单位时间内每消耗3mol H₂，同时生成1mol H₂O，均表示正反应速率，反应始终按该比例关系进行，故C错误；
D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变，说明到达平衡，故D正确，
故选：BD；
③A．将H₂O（g）从体系中分离，平衡正向移动，n （CH₃OH）/n （CO₂）增大，故A正确；
B．恒温恒容充入He，平衡不移动，n （CH₃OH）/n （CO₂）不变，故B错误；
C．恒温恒压充入He，容器体积增大，反应混合物浓度减小，分压减小，平衡逆向移动，n （CH₃OH）/n （CO₂）减小，故C错误；
D．恒温恒容再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效为增大压强，平衡正向移动，n （CH₃OH）/n （CO₂）增大，故D正确；
故选：AD；
（2）①$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$一定时，升高温度，二氧化碳转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，故平衡常数K减小，故答案为：减小；
②平衡常数只受温度影响，与投料比无关，温度不变，平衡常数不变，故答案为：不变；
（3）此时浓度商Qc=$\frac{0．{2}^{2}}{0.05}$=0.8＜K=1.64，反应向正反应进行，故答案为：正；
（4）当反应达到平衡后，在其他条件不变时，若升高温度，改变条件瞬间正逆反应速率都增大，正反应为吸热反应，平衡时正向移动，瞬间正反应速率增大更多，然后正反应速率减小，逆反应速率增大，到达新平衡时正逆速率又相等，正（v_正）、逆（v_逆）反应速率随时间t变化图为：，
故答案为：．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应速率计算、平衡常数、平衡状态判断与建立等，是对学生综合能力的考查，难度中等．