Question

为探究用CO₂来生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验：在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO₂和3 molH₂，一定条件下发生反应：

CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O(g)   ΔH＝－49.0 kJ·mol^－1

T温度下，测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如下图。请回答下列问题：

① 达平衡时，氢气的平衡浓度为C (H₂)＝           。

② 能够说明该反应已达到平衡的是            (填字母序号，下同)。

A．恒温、恒容时，容器内的压强不再变化

B．恒温、恒容时，容器内混合气体的密度不再变化

C．一定条件下，CO、H₂和CH₃OH的浓度保持不变

D．一定条件下，单位时间内消耗3 mol H₂的同时生成1 mol CH₃OH

③ 下列措施中能使平衡混合物中增大的是______________。

A．加入催化剂              B．充入He(g)，使体系压强增大

C．将H₂O(g)从体系中分离    D．降低温度

④ 求此温度(T)下该反应的平衡常数K ＝              。若开始时向该1 L密闭容器中充入1 mol CO₂，2molH₂，1.5mol CH₃OH和1 mol H₂O(g)，则反应向            （填“正”或“逆”）反应方向进行。

Answer

（1）① 0.75mol/L； ② AC；③ CD； ④ 5.33或，正。

【解析】

试题分析：（1）①达到平衡时生成c(CH3OH)=0.75mol·L－1，则消耗c(H2)=0.75×3mol·L－1=2.25mol，则平衡时c(H2)=(3/1－2.25)mol/L=0.75mol/L；②A、反应前后气体系数之和不相等，因此压强不变，说明反应达到平衡，故正确；B、根据密度的定义，气体质量不变，恒容状态，体积不变，因此密度不变，不能说明反应达到平衡，故错误；C、根据化学平衡状态的定义，当组分的浓度不再改变，说明反应达到平衡，故正确；D、用不同物质的反应速率，判断达到平衡，要求反应方向一正一逆，消耗氢气，生成甲醇，反应都是向正反应方向进行，故错误；③使用催化剂，化学平衡不移动，此比值不变，故错误；B、充入He，如果是恒容状态，组分的浓度不变，平衡不移动，比值不变，故错误；C、从体系中分离H2O(g)，减少生成物的浓度，平衡右移，甲醇的量增加，因此比值增大，故正确；D、此反应是放热反应，降低温度，平衡右移，甲醇增大，CO2减少，比值增大，故正确；④根据化学平衡常数的定义，K=0.75×0.75/(0.25×0.753)=16/3，此时浓度商为1×1.5/(1×23)=0.1875<16/3，说明平衡向正反应方向移动。

考点：考查化学平衡的计算、化学平衡状态的判断、影响化学平衡移动的因素、化学平衡常数的计算等知识。