Question

工业上也可以用CO₂和H₂反应制得甲醇．在2×10⁵Pa、300℃的条件下，若有44g CO₂与6g H₂恰好完全反应生成气体甲醇和水，放出49.5kJ的热量．试写出该反应的热化学方程式：

 

．
某次实验将6mol CO₂和8mol H₂充入2L的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化如图所示（实线）．
试回答下列问题：
（1）a点正反应速率

 

（填大于、等于或小于）逆反应速率．
（2）下列时间段平均反应速率最大的是

 

，最小的是

 

．
A．0～1min
B．1～3min
C．3～8min
D．8～11min
（3）计算该实验平衡时氢气的转化率和该条件下反应的平衡常数K（写出计算过程）．
（4）仅改变某一实验条件再进行两次实验，测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示，曲线I对应的实验条件改变是

 

，曲线Ⅱ对应的实验条件改变是

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,反应热和焓变,化学平衡的影响因素,化学反应速率和化学计量数的关系

专题：化学平衡专题

分析：依据题干条件，计算化学方程式中的量对应下的反应放热，结合热化学方程式的书写方法，标注物质聚集状态，对应量的反应热；
（1）据图象中氢气的物质的量变化判断反应进行的方向，然后判断正逆反应速率大小；
（2）单位时间氢气的物质的量的变化量越大，表明平均速率越大，单位时间氢气的物质的量的变化量越小，平均反应速率越小；
（3）根据图象中实线数据判断达到平衡状态时氢气的物质的量，计算出氢气浓度及浓度变化，利用三段式列式计算出各组分的浓度，再利用平衡常数表达式计算出该反应的平衡常数；
（4）由图1可知，曲线Ⅰ最先到达平衡，平衡时氢气的物质的量增大，故改变条件应增大反应速率且平衡向逆反应移动；曲线Ⅱ到达平衡的时间比原平衡短，平衡时氢气的物质的量减小，故改变条件应增大反应速率且平衡向正反应移动；结合反应的特征进行分析．

解答： 解：已知4.4g CO₂气体与H₂经催化加氢生成CH₃OH气体和水蒸气时放出4.95kJ的能量，则1mol二氧化碳全部反应放热49.5KJ；结合热化学方程式书写方法写出热化学方程式为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5KJ/mol；
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5KJ/mol；
（1）根据图象可知，a到b过程中氢气的物质的量减小，说明反应向着正向移动，正反应速率大于逆反应速率，
故答案为：大于；
（2）由图1可知，0～1min内氢气的变化量为8mol-6mol=2mol； B．1～3min内氢气的变化量为6mol-3mol=3mol，平均1min变化量为1.5mol； C．3～8min内氢气的变化量为3mol-2mol=1mol，平均1min变化量为0.2mol；D．8～11min达平衡状态，氢气的物质的量不再变化．故1～3min速率增大，8～11min速率最小，
故答案为：A；D；
（3）由图象可知，实线表示的曲线，在8分钟达到平衡状态，此时氢气的物质的量为2mol，氢气的浓度为：

2mol

2L

=1mol/L，氢气的浓度变化为：

8mol

2L

-1mol/L=3mol/l，反应前二氧化碳的浓度为：

6mol

2L

=3mol/L，利用化学平衡的三段式可得：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
c（起）（mol/L ） 3      4        0         0
△c （mol/L ）    1      3        1        1
c（平）（mol/L ） 2      1         1        1
H₂的转化率=

氢气浓度的变化量

氢气的起始浓度

×100%=

3

4

×100%=75%
K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

(1mol/L)×(1mol/L)

(2mol/L)×(1mol/L)3

=0.5L^-2/mol^-2；
故答案为：0.75；0.5L^-2/mol^-2；
（4）对于可逆反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1，正反应是体积减小的放热反应；由图1可知，曲线Ⅰ最先到达平衡，平衡时氢气的物质的量增大，故改变条件应增大反应速率且平衡向逆反应移动，可以采取的措施为：升高温度；曲线Ⅱ到达平衡的时间比原平衡短，平衡时氢气的物质的量减小，故改变条件应增大反应速率且平衡向正反应移动，可以采取的措施为：增大压强或者是增大CO₂浓度，
故答案为：升高温度；增大压强．

点评：本题考查化学平衡图象、反应速率大小判断、外界条件对平衡的影响等，题目难度不大，注意图象1中利用“先拐先平”，即曲线先折拐的首先达到平衡，以此判断温度或压强的高低，再依据外界条件对平衡的影响解答．