Question

随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍关注
（1）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所示．
①反应开始到平衡，H₂的平均反应速率v（H₂）=

0.225

mol/（L?min）．H₂的转化率为

75%

．
②下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

CDF

．
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           D、再充入1mol CO₂和3mol H₂
E、使用催化剂                      F、缩小容器体积
（2）①反应进行到3分钟时，同种物质的v_正 与v_逆的关系：v_正

＞

v_逆 （填＞，=，＜）
②上述反应平衡常数的表达式为

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，

，经计算该温度下此反应平衡常数的数值为

16

3

．

Answer 1

分析：（1）①由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式可知氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量3倍为2.25mol/L，根据v=

△c

△t

计算v（H₂），根据n=cV计算参加反应的氢气的物质的量，再利用转化率定义计算；
②使n（CH₃OH）/n（CO₂）应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量；
（2）①由图可知反应进行3min时，反应未到达平衡，此后二氧化碳的浓度降低、甲醇的浓度增大，反应向正反应进行；
②化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应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，据此生成；
利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算．

解答：解：（1）①由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?mon），
参加反应的氢气的物质的量为0.75mol/L×1L=0.75mol，故氢气的转化率为

0.75mol

1mol

×100%=75%，
故答案为：0.225，75%；
②使n（CH₃OH）/n（CO₂）应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A、该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故A错误，
B、充入He（g），使体系压强增大，容器的容积不变，反应混合物的浓度不变，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、再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效为增大压强，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正确；
E、使用催化剂，平衡不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故E错误，
F、缩小容器体积，增大压强，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故F正确，
故答案为：CDF；
（2）①由图可知反应进行3min时，反应未到达平衡，此后二氧化碳的浓度降低、甲醇的浓度增大，反应向正反应进行，故v_正＞v_逆，
故答案为：＞；
②反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常数k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，
由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，则：
              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
 故该温度下平衡常数k=

0.75×0.75

0.25×0.753

=

16

3

故答案为：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，

16

3

．

点评：考查反应速率计算、化学平衡的计算与影响因素、平衡常数等，难度中等，注意基础知识的掌握．