Question

【题目】降低大气中CO2的含量及有效地开发利用 CO2，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)　ΔH＝－49.0kJ/mol。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

（1）从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)＝___________________mol/(L·min)；

（2）氢气的转化率＝________________________；

（3）反应过程中，下列能说明该反应达到平衡状态的是______________________。

a．体系压强保持不变　　　　　　 　　　

b．混合气体密度保持不变

c．混合气体的平均相对分子质量保持不变

d．CO2的消耗速率等于CH3OH的生成速率

e．CO2与CH3OH的物质的量浓度相等

（4）该反应的平衡常数为__________________________ (保留小数点后2位)；

（5）下列措施中能使平衡体系中n(CH3OH)/n(CO2)增大的是_____________________。

A．升高温度

B．充入He(g)，使体系压强增大

C．将H2O(g)从体系中分离出去

D．再充入1mol H2

（6）当反应达到平衡时，H2的物质的量浓度为c1，然后向容器中再加入一定量H2，待反应再一次达到平衡后，H2的物质的量浓度为c2，则c1________c2的关系(填“>”、“<”或“＝”)。

Answer 1

【答案】 0.225 75% ac 5.3 CD <

【解析】（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

从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H2）==0.225 mol/(L·min)；（2）氢气的转化率==75%；（3）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。a．反应CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）是体积减小的可逆反应，因此体系压强保持不变时可以说明达到平衡状态，a正确；b. 密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，所以密闭容器中混合气体的密度始终不变，b不能说明，b不正确；c.未平衡时混合气体的平均相对分子质量是个变化的量，现在不随时间的变化而变化，说明已经达平衡状态，c正确；d、CO2的消耗速率等于CH3OH的生成速率，均为正反应速率，不能作为平衡标志，d错误；e．平衡时浓度不再发生变化，但物质之间的浓度不一定相等，所以CO2与CH3OH的物质的量浓度相等不能说明反应达到平衡状态，e不正确；答案选择ac；(4)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===5.33；（5）要使n（CH3OH）/n（CO2）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n（CH3OH）/n（CO2）减小，选项A错误；B．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，n（CH3OH）/n（CO2）不变，选项B错误；C．将H2O（g）从体系中分离，平衡向正反应方法移动，n（CH3OH）/n（CO2）增大，选项C正确；D．再充入1mol H2，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动，则n（CH3OH）/n（CO2）增大，选项D正确。答案选CD；（6）若是恒容密闭容器、反应后整个体系的压强比之前来说减小了，加入氢气虽然正向移动，平衡移动的结果是减弱这种改变，而不能消除这种改变，即虽然平衡正向移动，氢气的物质的量在增加后的基础上减小，但是CO2（g）浓度较小、CH3OH（g） 浓度增大、H2O（g）浓度增大，且平衡常数不变达到平衡时H2的物质的量浓度与加氢气之前相比一定增大，故c1＜c2。