Question

在一定条件下，由CO₂与H₂反应可合成甲醇，反应为CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)；如图所示为向一固定容积为2 L的绝热密闭容器中加入1 mol CH₃OH和1 mol H₂O后，反应体系内CO₂浓度的变化；其中第5 min 时，在其他条件不变的条件下，向容器中加入一定物质的量的 CO₂和H₂，第8 min 重新达到平衡状态，此时反应体系内c(H₂)=c(CH₃OH)。下列说法错误的是

A. 0~4 min 内，生成CO₂的平均反应速率为0.025 mol·L^-1·min^-1

B. 第5 min 时在反应容器中加入了0.20 mol CO₂和0.40 mol H₂

C. 8 min后CH₃OH的平衡浓度为0.425 mol·L^-1

D. 前5 min CH₃OH的转化率为20%，5~8 min H₂的转化率为37.5%

Answer

D

【解析】

0~4 min 内，c(CO2)由0增加到0.10 mol·L-1，CO2平均反应速率为v(CO2)=0.10 mol·L-1/4 min=0.025 mol·L-1·min-1，A项正确；

当反应进行到第4 min时，反应达到了平衡状态，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始（mol） 0 0 1 1

变化（mol） 0.2 0.6 0.2 0.2

平衡（mol） 0.2 0.6 0.8 0.8

此时c(H2)=0.30 mol·L-1，c(CH3OH)=0.50 mol·L-1-0.10 mol·L-1=0.40 mol·L-1，c(H2O)=0.40 mol·L-1；

从题图可得，5 min 时加入了CO2，c(CO2)由0.10 mol·L-1增大到0.20 mol·L-1，即加入了0.20 mol CO2；

当反应进行到第8 min时，反应重新达到平衡，在5~8 min内消耗CO2 0.05 mol，同时消耗H2 0.15 mol，c(CO2)减小了0.025 mol·L-1，c(H2)减小了0.075 mol·L-1，而c(CH3OH)增大了0.025 mol·L-1，变为0.425 mol·L-1；由于此时c(H2)=c(CH3OH)，即c(H2)=0.425 mol·L-1，那么在第5min时c(H2)=0.50 mol·L-1，即加入了0.40 mol H2，即B、C项正确；

根据上述分析前5 min 内CH3OH的转化率=0.2 mol/1 mol×100%=20%，5~8 min 内H2的浓度由0.50 mol·L-1变为0.425 mol·L-1，减少了0.075 mol·L-1，转化率为×100%=15%，D项错误。

故答案选D。