Question

3．如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂引起了全世界的普遍重视．目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究该反应原理，进行如下实验：在容积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，在500℃下发生发应，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）．实验测得CO₂和CH₃OH（g）的物质的量（n）随时间变化如下图1所示：

（1）从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）．500℃达平衡时，CH₃OH（g）的体积分数为30%，图2是改变温度时化学反应速率随时间变化的示意图，则该反应的正反应为放热反应（填“放热”或“吸热”）．
（2）下列措施中不能使CO₂的转化率增大的是BD．
A．在原容器中再充入1mol H₂        B．在原容器中再充入1molCO₂
C．缩小容器的容积                 D．使用更有效的催化剂
E．将水蒸气从体系中分离出
（3）下列措施能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是CD．
A．升高温度                      B．恒容充入1molHe
C．将水蒸气从体系中分离出        D．缩小容器容积，增大压强
E．恒压充入1molHe．

Answer 1

分析 （1）由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式可知氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量3倍为2.25mol/L，据此计算；先根据浓度变化计算平衡时各物质的浓度，CH₃OH的体积分数等于甲醇的物质的量浓度与总物质的量浓度之比；根据升高温度平衡向吸热反应方向移动判断；
（2）要提高CO₂的转化率，应使平衡向正反应方向移动，根据平衡移动原理结合选项判断；
（3）要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，应使平衡向正反应方向移动．

解答 解：（1）由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L•mon）；
开始时c（CO₂）=1mol/L、c（H₂）=3mol/L，平衡时c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，则c（H₂）=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，CH₃OH的体积分数等于甲醇的物质的量浓度与总物质的量浓度之比，所以甲醇的体积分数=$\frac{0.75mol/L}{（0.25+0.75+0.75+0.75）mol/L}$×100%=30%
根据图象知，升高温度，逆反应速率大于正反应速率，平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应；
故答案为：0.225mol/（L•min）；30%；放热；
（2）A．在原容器中再充入1mol H₂，平衡向正反应方向移动，CO₂的转化率增大，故正确；
B．在原容器中再充入1molCO₂CO₂的转化率反而减小，故错误；
C．缩小容器的容积即增大压强，平衡向正反应方向移动，CO₂的转化率增大，故正确；
D．使用更有效的催化剂，平衡不移动，CO₂的转化率不变，故错误；
E．将水蒸气从体系中分离出，平衡向正反应方向移动，CO₂的转化率增大，故正确；
故答案为：BD；
（3）要使则$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$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．恒容充入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．缩小容器容积，增大压强，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；
E．恒压充入1molHe，为保持恒压体积增大，压强减小平衡逆向进行，则$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$减小，故E错误；
故答案为：CD．

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．