Question

空气中CO₂的含量及有效利用，已经引起各国的普遍重视

Ⅰ：目前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的恒容密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g) CH₃OH(g)+H₂O(g)△H=﹣49.0kJ/mol；测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图甲所示．

(1)前3min内，平均反应速率v(H₂)=_________ _____．此温度下该反应的平衡常数为____________(保留两位小数)．

(2)下列措施中，既能使反应加快，又能使增大的是___________．

A．升高温度    B．充入惰性气体  C．将H₂O(g)从体系中分离   D．再充入1mol H₂

(3)图乙中t₅时引起平衡移动的条件是_____________．(填序号)

A．升高温度     B．增大反应物浓度   C．使用催化剂    D．增大体系压强

(4)反应达到平衡后，若向反应体系再加入CO₂(g)、H₂(g)、CH₃OH(g)、H₂O(g)各1mol，化学平衡____________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动．

Ⅱ：利用CO₂(g)+CH₄(g) 2CO(g)+2H₂(g)将CO₂转化成燃料气．T℃时，在恒容密闭容器中通入物质的量均为0.1mol的CH₄与CO₂，发生上述反应，测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示，

(5)下列事实能说明该反应达到平衡的是_______________

a．CO的物质的量不再发生变化

b．混合气体的密度不再发生变化

c．v正(CO₂)=2v逆(H₂)

d．混合气体压强不再发生变化

e．单位时间内生成n mol CH₄的同时消耗2n mol H₂

(6)据图可知P₁、P₂、P₃、P₄由小到大的顺序是__________________________．

Answer

(1)0.5 mol•L-1•min-1；5.33；

(2)D；(3)D；(4)正向；(5)ad；

(6)P1＜P2＜P3＜P4；

【解析】

试题分析：(1) CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，

开始(mol/L)：1 3 0 0

变化(mol/L)：0.5 1.5 0.5 0.5

3nim(mol/L)：0.5 1.5 0.5 0.5

从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)==0.5 mol•L-1•min-1，

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

平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，则

k===5.33，故答案为：0.5 mol•L-1•min-1；5.33；

(2)要使增大，应使平衡向正反应方向移动。A．因正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，则减小，故A错误；B．充入惰性气体，使体系压强增大，但对反应物质来说，浓度没有变化，平衡不移动，不变，故D错误．故B错误；C．将H2O(g)从体系中分离，生成物浓度减小，反应速率减小，平衡向正反应方向移动，增大，故C错误；D．再充入1mol CO2和3mol H2，等效于在原来基础上缩小体积一半，压强增大反应速率增大，平衡向正反应方向移动，则增大，故D正确；故答案为：D；

(3)t5时刻正逆反应速率都增大，且平衡正向进行。A．若是升高温度，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，图象中反应速率变化不符合，故A错误；B．增大反应物浓度，正反应速率瞬间增大，此时逆反应速率不变，图象速率曲线不符合，故B错误；C．催化剂同等程度改变正逆反应速率，平衡不变，故C错误；D．增大压强平衡正向进行，正逆反应速率增大，故D正确；故答案为：D；

(4) 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

反应达到平衡后，若向反应体系再加入CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)各1mol，计算浓度商Qc==0.46＜K=5.33，反应正向进行，故答案为：正向；

(5)a．CO的物质的量不再发生变化，说明达平衡状态，故a正确；b．混合气体的密度一直不发生变化，不一 定是平衡状态，故b错误；c．v正(CO2)=v正(H2)=2v逆(H2)，所以不是平衡状态，故c错误；d．混合气体压强不再发生变化，说明物质的量不变，达平衡状态，故d正确；e．单位时间内生成n mol CH4的同时消耗2nmolH2都反映的量逆向，未体现正与逆的关系，故e错误，故答案为：ad；

(6)压强增大，平衡向逆反应方向移动，甲烷的转化率变小，故P4＞P3＞P2＞P1，由小到大的顺序为P1＜P2＜P3＜P4，故答案为：P1＜P2＜P3＜P4。

考点：考查了化学平衡的影响因素；化学平衡状态的判断；化学平衡的计算的相关知识。