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），该反应的能量变化如图所示：
（1）上述反应平衡常数K的表达式为

 

，温度降低，平衡常数K

 

（填“增大”、“不变”或“减小”）．
（2）在体积为2L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，测得CO₂的物质的量随时间变化如下表所示．从反应开始到5min末，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v（H₂）=

 

．

t/min	0	2	5	10	15
n（CO2）/mol	1	0.75	0.5	0.25	0.25

（3）在相同温度容积不变的条件下，能说明该反应已达平衡状态的是

 

（填序号字母）
a．H₂的消耗速率与CH₃OH的消耗速率之比为3：1
b．容器内的密度保持不变
c．n（CO₂）：n（H₂）：n（CH₃OH）：n（H₂O）=1：3：1：1
d．容器内压强保持不变
（4）下列条件能使上述反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是

 

（填序号字母）
a．及时分离出CH₃OH气体
b．适当升高温度
c．选择高效的催化剂
d．保持容器的容积不变，再充入1mol CO₂和3mol H₂．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）依据化学平衡和平衡常数概念书写表达式，图象分析反应是放热反应，温度降低，平衡正向进行；
（2）依据化学反应速率△V=

△c

△t

计算二氧化碳表示的反应速率，结合反应速率之比等于化学方程式计量数之比计算氢气反应速率；
（3）反应达到平衡状态，正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，据此分析判断选项；
（4）依据影响化学反应速率因素，平衡影响因素的理解，移动原理的分析判断．

解答： 解：（1）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）平衡常数表达式=

c(H2O)c(CH3OH)

c3(H2)c(CO2)

，图象分析反应是放热反应，温度降低，平衡正向进行，平衡常数增大；
故答案为：

c(H2O)c(CH3OH)

c3(H2)c(CO2)

；增大；
（2）图表数据分析计算二氧化碳化学反应速率△V=

△c

△t

=

1mol/L-0.5mol/L

5min

=0.1mol/（L?min），v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.1mol/（L?min）=0.3mol/（L?min）；
故答案为：0.3mol/（L?min）；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反应是气体体积减小的放热反应，反应达到平衡状态，正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，据此分析判断选项；
a．H₂的消耗速率与CH₃OH的消耗速率之比为3：1，符合正逆反应速率相同，说明反应达到平衡状态，故a正确；
b．容器体积、质量不变，反应过程中和平衡状态都不变，容器内的密度保持不变不能说明反应达到平衡状态，故b错误；
c．n（CO₂）：n（H₂O）：n（CH₃OH）：n（H₂O）=1：3：1：1，是物质的量之比符合计量数之比，但不能说明正逆反应速率相同，故c错误；
d．反应前后气体体积减小，容器内压强保持不变，说明反应达到平衡状态，故d正确；
故答案为：ad；
（4）依据影响化学反应速率因素，平衡影响因素的理解，移动原理的分析判断；下列条件能使上述反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的；
a．及时分离出CH₃OH气体，生成物浓度减小，反应速率减小，平衡正向进行，故a错误；
b．反应是放热反应，适当升高温度，反应速率增大，平衡逆向进行，故b错误；
c．选择高效的催化剂，反应速率增大，平衡不动，故c错误；
d．保持容器的容积不变，再充入1mol CO₂和3mol H₂，相当与增大压强，反应速率增大，平衡正向进行，故d正确；
故答案为：d．

点评：本题考查了化学反应速率，化学平衡常数概念分析计算，影响因素和平衡标志的判断是解题关键，题目难度中等．