Question

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

催化剂

加热加压

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；

②从反应开始到第三分钟，氢气的平均反应速率v（H₂）=

 

mol?L^-1?min^-1；
③平衡时CH₃OH的体积分数为

 

．
（2）图3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1.2molCH₃OH（g）和2.4molH₂O（g），向B容器中充入1.5molCH₃OH（g） 和3.0molH₂O（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1.4aL，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）
（3）一定条件下的密闭容器中，反应3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H＜0
达到平衡时，要提高CO的转化率，可以采取的措施是

 

（填字母代号）
A．升温   B．加压   C．增加CO的浓度D．分离出二甲醚（CH₃OCH₃）       E．加入催化剂
（4）已知反应2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）在某温度下的平衡常数K=100．此温度下，在密闭容器中加入CH₃OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下．下列说法正确的是

 

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c/mol L -1	0.9	0.60	0.60

A．CH₃OH的起始浓度为2.1mol/L 　      
B．平衡时CH₃OH的浓度为0.9mol/L
C．此时正反应速率大于逆反应速率　      
D．平衡时CH₃OH的转化率小于80%

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡的影响因素

专题：

分析：（1）①由图2可知，正、逆反应速率都增大，为升高温度，且逆反应速率增大更多，反应向逆反应进行，据此判断；
②由图可知，前3min时二氧化碳的浓度变化量为1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，根据v=

△c

△t

算v（CO₂），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
③利用三段式计算出反应混合物各组分的平衡时的浓度，计算的平衡浓度，转化率，根据体积分数的定义计算CH₃OH的体积分数；
（2）恒温、恒压条件下，气体的体积之比等于其物质的量之比，根据气体的体积计算参加反应的甲醇的物质的量，再根据转化率公式计算转化率；
打开K，AB组成的是恒温恒压容器，依据压强变化和物质的量变化成正比计算得到；
（3）一定条件下的密闭容器中，反应3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H＜0，达到平衡时，要提高CO的转化率，可以采取的措施是使平衡正向进行，结合化学平衡移动原理分析选项；
（4）设平衡时转化的浓度为x，则
       2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始：x               O          0
转化：1.2            0.6       0.6         
某时刻：0.9             0.6       0.6
结合平衡常数概念和浓度积常数比较分析计算得到，以此解答该题．

解答： 解：（1）①由图2可知，正、逆反应速率都增大，为升高温度，且逆反应速率增大更多，反应向逆反应进行，故正反应为放热反应，故答案为：放热；
②由图可知，10min到达平衡时二氧化碳的浓度变化量为1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，所以v（CO₂）=

0.5mol/L

3min

=

0.5

3

mol/（L?min），速率之比等于化学计量数之比，所以v（H₂）=3v（CO₂）=3×

0.5

3

mol/（L?min）=0.5mol/（L?min），
故答案为：0.5mol/（L?min）；
③平衡时二氧化碳的浓度为0.25mol/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
由计算可知，平衡时CH₃OH的体积分数ω=

0.75

0.25+0.75+0.75+0.75

×100%=30%，
故答案为：30%；
（2）B中是等压条件下的反应，等压条件下，气体的物质的量之比等于其体积之比，反应前气体的物质的量是3.6mol，则反应后气体的物质的量=

1.4a

a

×3.6mol=5.04mol，根据CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）知，参加反应的n（CH₃OH）=

5.04mol-3.6mol

2

=0.72mol，则甲醇的转化率=

0.72mol

1.2mol

×100%=60%；
打开K时，AB组成一个等温等压容器，相应的起始投入总物质的量与平衡的总体积成正比，设打开K重新达到平衡后总的体积为x，则x：（3.6+4.5）=1.4a：4.5，
求得x=2.52a，所以B的体积为2.52a-a=1.52a，
故答案为：60%；1.52a；
（3）一定条件下的密闭容器中，反应3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H＜0
达到平衡时，要提高CO的转化率，可以采取的措施是
A．反应是放热反应，升温平衡逆向进行，CO的转化率减小，故A错误；   
B．反应是气体体积减小的反应，加压平衡正向减小，一氧化碳转化率增大，故B正确；   
C．增加CO的浓度，一氧化碳转化率减小，故C错误；
D．分离出二甲醚（CH₃OCH₃），平衡正向进行，一氧化碳转化率增大，故D正确；      
E．加入催化剂改变反应速率，不改变化学平衡，一氧化碳转化率不变，故E错误；
故答案为：BD；
（4）设甲醇起始浓度为x，则
         2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始：x               O          0
转化：1.2            0.6       0.6         
某时刻  0.9             0.6       0.6
A．CH₃OH的起始浓度为x=1.2mol/l+0.9mol/L=2.1mol/L，故A正确；　      
B．浓度商Q=

0.6×0.6

0．92

=0.44＜100，反应未达到平衡，反应正向进行：平衡时CH₃OH的浓度小于0.9mol/L，故B错误；
C．浓度商Q=

0.6×0.6

0．92

=0.44＜100，反应未达到平衡，反应正向进行，此时正反应速率大于逆反应速率，故C正确；     
D．设平衡时生成甲醚的浓度为x，则
       2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始：2.1             O          0
转化：2x              x        x        
平衡    2.1-2x          x        x
K=

x2

(2.1-2x)2

=100
x=1mol/L
平衡时CH₃OH的转化率=

2mol/L

2.1mol/L

×100%=95.2%，大于80%，故D错误；
故答案为：AC；

点评：本题考查较为综合，涉及反应速率、平衡常数、平衡移动影响因素分析判断，结合恒温、恒压条件下物质的量与体积的关系来分析解答，题目难度中等．