Question

【题目】中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。CO2可转化成有机物实现碳循环。在体积为1L的密闭容器中，充入 1mol CO2和3mol H2，一定条件下反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。

（1）从3 min到9 min，υ(H2)=________；

（2）能说明上述反应达到平衡状态的是____________（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．混合气体的密度不随时间的变化而变化

C．单位时间内消耗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）平衡时CO2的转化率为______________。

（4）平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数是__________________。

（5）一定温度下，第9分钟时υ逆(CH3OH) _______（填“大于”、“小于”或“等于”）第3分钟时υ正(CH3OH)。

Answer 1

【答案】0.125mol·L－1·min－1 D 75﹪ 30﹪ 小于

【解析】

（1）3min到9min，根据CO2浓度变化计算CO2化学反应速率，利用计量数之比得到v（H2）；

（2）化学反应达到平衡状态时正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的物理量不变；

（3）由图象可知平衡时CO2为0.25mol/L，可知消耗0.75mol/L，以此计算转化率；

（4）结合各物质的平衡浓度，利用三段式法计算；

（5）第9分钟时达到平衡，υ逆（CH3OH）=υ正（CH3OH），随着反应的进行，正反应速率逐渐减小．

(1)3min到9min,CO2浓度变化为0.5mol/L0.25mol/L=0.25mol/L,CO2反应速率为：0.25mol/L÷(9min3min)=0.256mol/(Lmin),v(H2)=3×v(CO2)=0.125mol/(Lmin)，

故答案为0.125 mol/(Lmin)；

(2)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)，浓度相等而不是不变，故A错误；

B. 反应前后，气体质量不变，容器体积不变，则气体密度始终不变，不能判断是否平衡，故B错误；

C. 单位时间内每消耗3molH2,同时生成1molH2O，从反应开始到平衡始终相等，不一定平衡，故C错误；

D. CO2的体积分数在混合气体中保持不变，说明正逆反应速率相等，达平衡状态，故D正确；

故答案为D；

(3)由图象可知平衡时CO2的为0.25mol/L,可知消耗0.75mol/L,则转化率为0.75×100%=75%，

故答案为75%；

(4) CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始(mol/L):1 3 0 0

转化(mol/L):0.75 2.25 0.75 0.75

平衡(mol/L):0.25 0.75 0.75 0.75

则平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数为0.75÷(0.25+0.75+0.75+0.75)×100%=30%，

故答案为30%；

(5)第9分钟时达到平衡,υ逆(CH3OH)=υ正(CH3OH),随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,则第9分钟时υ逆(CH3OH)小于第3分钟时υ正(CH3OH).，

故答案为小于。