Question

由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO₂含量并加以开发利用，引起了各国的普遍重视．目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如图1表示该反应进行过程中能量（单位为kJ?mol^-1）的变化．
（1）关于该反应的下列说法中，正确的是

 

．（填字母）
A．△H＞0，△S＞0     B．△H＞0，△S＜0    C．△H＜0，△S＜0    D．△H＜0，△S＞0且在

 

（填“较高”或“较低”）温度下有利于该反应自发进行．
（2）该反应平衡常数K的表达式为

 

．
（3）下列情况不能说明该反应一定达到平衡的是

 

A．混合气体的平均平均相对分子质量不变       B．混合气体的压强不变
C．单位时间内生成3mol H-H键，同时生成2mol H-O键
D．混合气体中c （CO₂）：c （H₂）=1：3
（4）温度降低，平衡常数K

 

（填“增大”、“不变”或“减小”）．
（5）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1molCO₂和3molH₂，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．从反应开始到平衡，用H₂浓度变化表示的平均反应速率v（H₂）为

 

  mol?L^-1?min^-1，CO₂和H₂的转化率比是

 

（6）下列措施中能使（5）题中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的有

 

．（填字母）
A．升高温度             B．加入催化剂       C．将H₂O（g）从体系中分离
D．充入He（g），使体系总压强增大           E．再充入1molCO₂和3molH₂
（7）若在另一个密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，保持压强不变，并使初始体积与题中容器体积相等，且在相同的温度下进行反应，达到平衡时该容器中的CO₂的体积百分数

 

 （5）题中的CO₂的体积百分数．（“＞”或“＜”或“=”，下同）
（8）若为两个容积相同的密闭绝热容器，现向甲容器中充入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），乙容器中充入1mol CH₃OH（g）和1mol H₂O（g），在相同的温度下进行反应，达到平衡时，甲容器内n（CH₃OH）

 

 乙容器内n（CH₃OH）．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）由图1可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，由方程式可知，该反应正反应是气体的物质的量减小的反应，故正反应为熵减过程；
（2）化学平衡常数，是指在一定温度下，达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写；
（3）根据化学平衡状态特征判断是否达到化学平衡状态；
（4）该反应正反应是放热反应，降低温度平衡向正反应移动，平衡常数增大；
（5）由图2可知，甲醇的浓度变化量为0.75mol/L，根据v=

△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）；根据加入CO₂和H₂的物质的量之比和转化的物质的量之比获得转化率之比；
（6）使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，改变条件使平衡向正反应移动，但只增大二氧化碳的浓度会使该比值减小；
（7）比较该加入反应物条件下与（5）的压强比较，再比较容器中的CO₂的体积百分数；
（8）温度始终不变，从不同方向建立化学平衡，其热效应不同，据此判断．

解答： 解：（1）由图1可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，即△H＜0，由方程式可知，该反应正反应是气体的物质的量减小的反应，故正反应为熵减过程，即△S＜0；
故选C；
（2）可逆反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的化学平衡常数k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO)?c3(H2)

，故答案为：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO)?c3(H2)

；
（3）A．M=

m

n

，气体的质量不变，但是反应前后气体的物质的量不同，则平均相对分子质量也会随着反应的进行而变化，当平均相对分子质量不变时，达到化学平衡状态，故A正确；
B．反应前后气体的物质的量不同，则反应前后气体压强不同，当压强不变时，达到化学平衡状态，故B正确；
C．单位时间内生成3mol H-H键，同时生成2mol H-O键，均为正反应方向，不能判断是否达到化学平衡状态，故C错误；
D．并不能说明各物质的物质的量不变，不能判断是否达到化学平衡状态，故D错误；
故选：C、D；  
（4）该反应正反应是放热反应，降低温度平衡向正反应移动，平衡常数增大；
故答案为：增大；
（5）由图2可知，10min达平衡时甲醇的浓度变化量为0.75mol/L，所以v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），速率之比等于化学计量数之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min）；由于加入1molCO₂和3molH₂，起始的物质的量之比为1：3，转化的和3molH₂之比也为1：3，则二者转化率之比同样为1：1，故答案为：0.225，1：1；
（6）使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，改变条件使平衡向正反应移动，但只增大二氧化碳的浓度会使该比值减小．
A．升高温度，平衡向逆反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故A错误；
B．加入催化剂，平衡不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正确；
D．充入He（g），反应混合物的浓度不变，变化不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故D错误；
E．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效为增大压强，平衡正反应移动，平衡时n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故E正确；
故选C、E；
（7）恒容条件下，该反应前气体物质的量大于反应后气体物质的量，随着反应进行体系压强减小，不利于反应的正向进行，恒压条件下，压强大于恒容条件下压强，所以CO₂的体积百分数小于（5）题中的CO₂的体积百分数，故答案为：＜；
（8）温度始终不变，甲容器中充入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），建立化学平衡时，放出热量，温度不变有利于反应的进行，乙容器中充入1mol CH₃OH（g）和1mol H₂O（g），吸收热量，温度不变不利于反应的进行，即甲容器内n（CH₃OH）小于乙容器内n（CH₃OH），故答案为：＜．

点评：考查平衡图象、化学平衡有关计算、反应速率、化学平衡的影响因素等，难度不大，注意基础知识的理解掌握，其中第（8）难度较大．