Question

（10分）降低大气中CO2的含量及有效利用CO2，目前已引起各国普遍重视。

（1）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1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，在500℃下发生

反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) 。

实验测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图1所示。

①图2是改变温度时H2的化学反应速率随时间变化的示意图，则该反应的正反

应是 （填“吸热”或“放热”）反应。

②500℃达平衡时，CH3OH的体积分数为 。

（2）下图中P是可自由平行滑动的活塞，关闭K，在相同温度时，向A容器中充入1molCH3OH(g)和2molH2O(g)，向B容器中充入1.2molCH3OH(g) 和2.4molH2O(g)，两容器分别发生上述（1）中反应的逆反应。

已知：起始时容器A和B的体积均为aL，反应达到平衡时容器B的体积为1.5aL，容器B中CH3OH转化率为 ；维持其他条件不变，若打开K一段时间后重新达到平衡，容器B的体积为 L（连通管中气体体积忽略不计，且不考虑温度的影响）。

 

Answer 1

（10分）

（1）①放热（1分） ②30%或0.30（3分）

（2） 75% （3分）， 1.75a（3分）

【解析】

试题分析：（1）①由图2可知，只能反应的速率都增大，所以改变的条件是温度升高，逆反应速率大于正反应速率，平衡逆向移动，所以正向是放热反应；

②由题意可知，平衡时二氧化碳的平衡浓度是0.25mol/L，则氢气的平衡浓度是3×0.25mol/L=0.75mol/L，甲醇与水蒸气的平衡浓度都是0.75mol/L，则平衡时甲醇的体积分数也是物质的量浓度分数=0.75/(0.75+0.75+0.75+0.25)=0.3；

（2）A是恒温恒容条件，B是恒温恒压条件，达平衡时B容器体积变为原来的1.5倍，即气体的物质的量变为原来的1.5倍，根据 发生的反应,设甲醇转化的物质的量是xmol，

CH3OH(g)＋H2O(g) CO2(g)＋3H2(g)

开始（mol） 1.2 2.4 0 0

转化（mol） x x x 3x

平衡（mol） 1.2-x 2.4-x x 3x

根据题意得1.2-x+2.4-x+x+3x=1.5×(1.2+2.4)=5.4，解得x=0.9，所以甲醇的转化率是0.9/1.2×100%=75%；K打开后整体都是恒温恒压容器，则再达平衡时与B的平衡是等效平衡，此时容器中反应物的总物质的量是1.2+2.4+1+2=6.6mol，是B中气体物质的量3.6mol的6.6/3.6=1.83倍，则新平衡时容器的总体积是1.5a的1.83倍，即平衡时容器的总体积是1.5a×1.83=2.75a，所以此时B容器的体积是2.75a-a=1.75a。

考点：考查平衡的移动与条件的关系，化学平衡的计算，等效平衡的判断