Question

1．空气中CO₂的含量及有效利用，已经引起各国的普遍重视
Ⅰ：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1L的恒容密闭容器中，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；测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图甲所示．

（1）前3min内，平均反应速率v（H₂）=0.5mol•L^-1•min^-1．此温度下该反应的平衡常数为5.33（保留两位小数，注意要写单位）．
（2）下列措施中，既能使反应加快，又能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是D．
A．升高温度    B．充入惰性气体  C．将H₂O（g）从体系中分离   D．再充入1mol H₂
（3）图乙中t₅时引起平衡移动的条件是D．（填序号）
A．升高温度     B．增大反应物浓度   C．使用催化剂    D．增大体系压强
（4）反应达到平衡后，若向反应体系再加入CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）各1mol，化学平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移动．
Ⅱ：利用CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）将CO₂转化成燃料气．T℃时，在恒容密闭容器中通入物质的量均为0.1mol的CH₄与CO₂，发生上述反应，吸收热量Q₁kJ，测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示，
（5）下列事实能说明该反应达到平衡的是ad
a．CO的物质的量不再发生变化
b．混合气体的密度不再发生变化
c．v正（CO₂）=2v逆（H₂）
d．混合气体压强不再发生变化
e．单位时间内生成n mol CH₄的同时消耗2n mol H₂
（6）据图可知P₁、P₂、P₃、P₄由小到大的顺序是P₁＜P₂＜P₃＜P₄．
（7）若将上述容器改为恒压容器（反应前体积相同），起始时通入物质的量均为0.1mol的CH₄与CO₂，相同的温度下充分反应达到平衡后，放出热量Q₂ kJ，
则Q₁＜Q₂（填“＞”“=”或“＜”）
Ⅲ：设反应①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g） 和反应②Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）的平衡常数分别为K₁、K₂，在不同温度下，K₁、K₂的值如表所示：

T（K）	K1	K2
973	1.47	2.36
1173	2.15	1.67

（8）现有反应CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），是吸（填“吸”或“放”）热反应．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；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；
（2）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；
（3）t₅时刻正逆反应速率都增大，且平衡正向进行，依据选项分析，
A．若是升高温度，反应是放热反应，升温平衡逆向进行不符合；
B．增大反应物浓度，正反应速率瞬间增大，此时逆反应速率不变；
C．催化剂同等程度改变正逆反应速率；
D．增大压强平衡正向进行，反应速率增大；
（4）反应达到平衡后，若向反应体系再加入CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）各1mol，计算Qc和平衡常数K比较判断反应进行的方向；
（5）a．CO的物质的量不再发生变化，说明达平衡状态；   
b．混合气体的密度一直不发生变化，不一 定是平衡状态；
c．v_正（CO₂）=$\frac{1}{2}$v_正（H₂）=2v_逆（H₂），所以不是平衡状态；
d．混合气体压强不再发生变化，说明物质的量不变，达平衡状态；
e．单位时间内生成n mol CH₄的同时消耗2nmolH₂都反映的量逆向，未体现正与逆的关系；
（6）增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动；
（7）若将上述容器改为恒压容器（反应前体积相同），起始时通入物质的量均为0.1mol的CH₄与CO₂，相当在原来的基础上增大压强，平衡逆向移动；
（8）已知①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H₁，②Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）△H₂，据盖斯定律，①-②得：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=△H₁-△H₂；所以K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；K₁随温度的升高而增大，K₂随温度升高而减小，则K随温度升高而增大，说明正反应吸热．

解答 解：（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）：0.5    1.5        0.5       0.5
3nim（mol/L）：0.5    1.5        0.5     0.5
从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=$\frac{1.5mol/L}{3min}$=0.5 mol•L^-1•min^-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
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=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33，
故答案为：0.5；5.33；
（2）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．充入惰性气体，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D错误．故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，生成物浓度减小，反应速率减小，平衡向正反应方向移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，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，压强增大反应速率增大，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：D；
（3）t₅时刻正逆反应速率都增大，且平衡正向进行，依据选项分析，
A．若是升高温度，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，图象中反应速率变化不符合，故A错误；
B．增大反应物浓度，正反应速率瞬间增大，此时逆反应速率不变，图象速率曲线不符合，故B错误；
C．催化剂同等程度改变正逆反应速率，平衡不变，故C错误；
D．增大压强平衡正向进行，正逆反应速率增大，故D正确；
故答案为：D；
（4）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
反应达到平衡后，若向反应体系再加入CO₂（g）、H₂（g）、CH₃OH（g）、H₂O（g）各1mol，计算浓度商Q=$\frac{1.75×1.75}{1.25×1.7{5}^{3}}$=0.46＜K=5.33，反应正向进行，
故答案为：正向；
（5）a．CO的物质的量不再发生变化，说明达平衡状态，故a正确；   
b．混合气体的密度一直不发生变化，不一 定是平衡状态，故b错误；
c．v_正（CO₂）=$\frac{1}{2}$v_正（H₂）=2v_逆（H₂），所以不是平衡状态，故c错误；
d．混合气体压强不再发生变化，说明物质的量不变，达平衡状态，故d正确；
e．单位时间内生成n mol CH₄的同时消耗2nmolH₂都反映的量逆向，未体现正与逆的关系，故e错误，
故答案为：ad；
（6）压强增大，平衡向逆反应方向移动，甲烷的转化率变小，故P₄＞P₃＞P₂＞P₁，由小到大的顺序为P₁＜P₂＜P₃＜P₄，故答案为：P₁＜P₂＜P₃＜P₄；
（7）若将上述容器改为恒压容器（反应前体积相同），起始时通入物质的量均为0.1mol的CH₄与CO₂，相当在原来的基础上增大压强，平衡逆向移动，放出的热量应减小，故答案为：＜；
（8）已知①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H₁，②Fe（s）+H₂O（g）?FeO（s）+H₂（g）△H₂，据盖斯定律，①-②得：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=△H₁-△H₂；所以K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；K₁随温度的升高而增大，K₂随温度升高而减小，则K随温度升高而增大，说明正反应吸热，故答案为：吸．

点评 本题考查了平衡受温度、压强的影响而移动的问题和平衡状态的判断，注意看准图象是解题的关键，难度中等．