Question

如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用碳资源的研究显得尤为紧迫。

在催化剂作用下，CO₂和H₂可以制取甲醇和乙醇。如：2CO₂(g)+6H₂(g)  CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(g) 。

(Ⅰ) 在一定压强下，利用CO₂反应制取乙醇，测得反应的实验数据如下表。分析表中数据回答下列问题：

	500	600	700	800
1.5	45	33	20	12
2.0	60	43	28	15
3.0	83	62	37	22

温度升高，平衡常数K值将       （填“增大”、“减小”、或“不变”）。提高氢碳比[n(H₂)/n(CO₂)], 平衡常数K值将         （填“增大”、“减小”、或“不变”）。

在600K时反应达到平衡，要使该平衡向右移动，其它条件不变时，可以采取的措施有

        （填序号）。

A．缩小反应器体积  B．通入CO₂   C．升高温度到800K   D．使用合适的催化剂

（Ⅱ）某温度下，在体积为l L的密闭容器中充入lmol CO₂和4mol H₂，测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

从反应开始到平衡，甲醇的平均反应速率v(CH₃OH)=                       ；

氢气的平衡浓度为               mol/L。

 

Answer 1

【答案】

减小 ， 不变 ；  AB； 0.075 mol/(L.min)； 1.75

【解析】

试题分析：(Ⅰ)根据表中数据可知，随着温度的升高，CO₂的转化率减小，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应，由此升高温度平衡常数减小。平衡常数只与温度有关系，由此提高氢碳比[n(H₂)/n(CO₂)], 平衡常数K值不变。根据方程式可知，正反应是体积减小的可逆反应，则缩小容器的体积，增大压强，平衡向正反应方向进行；通入CO₂，增大反应物的浓度，平衡向正反应方向进行；升高温度，平衡向逆反应方向进行，催化剂不能改变平衡状态，所以答案选AB。

（Ⅱ）根据图像可知，反应进行到10min时物质的浓度不再发生变化，说明反应达到平衡状态。此时生成甲醇的浓度是0.75mol/L，则从反应开始到平衡，甲醇的平均反应速率v(CH₃OH)＝0.75mol/L÷10min＝0.075 mol/(L·min)。根据方程式CO₂(g)+3H₂(g) CH₃OH(g)+H₂O(g)可知，消耗氢气的浓度是0.75mol/L×3＝2.25mol/L，则剩余氢气的浓度是4mol/L－2.25mol/L＝1.75mol/L。

考点：考查化学平衡常数的判断、反应速率的计算以及外界条件对平衡状态的影响

点评：该题是高考中的常见考点和题型，属于中等难度试题的考查，试题综合性强，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力，有利于培养学生的逻辑推理能力和发散思维能力，提升学生的学科素养。