Question

煤的液化是把固體煤炭通過化學加工過程，使其轉化成為液體燃料、化工原料和產品的先進潔凈煤技術，其中合成CH₃OH是最重要的研究方向之一。在2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g），在其他條件不變的情況下，探究溫度對反應的影響，實驗結果如下圖所示（注：T₂＞T₁均大于300℃）。

①通過分析上圖，可以得出對反應CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）的說法正確的是（填
序號）                 。

A．該反應為放熱反應

B．T1時的反應速率大于T2時的反應速率

C．該反應在T1時的平衡常數比T2時的大

D．處于A點的反應體系從T1變到T2，達平衡時n(H2)/n(CH3OH)增大

②下列情形能說明上述反應已達到平衡狀態的是                  （填序號）
a．體系壓強保持不變                 b．v(H₂)＝3v(CO₂)
c．CH₃OH與H₂物質的量之比為1:3    d．每消耗1 mol CO₂的同時生成3molH₂
e.密閉容器中混合氣體的密度不變      f.密閉容器中CH₃OH的體積分數不變
③在T₁溫度時，將2molCO₂和6molH₂充入該密閉容器中，充分反應達平衡時，若CO₂的轉化率為60%，則容器內的壓強與起始壓強之比為          ，該反應的平衡常數為             。

Answer 1

（共10分）①   A C D （3分） ②  a d f  （3分）③    7:10  、  0.52   （各2分）

試題分析：①根據圖像可知，當壓強相同時，溫度為T₂的曲線首先達到平衡狀態，這說明溫度是T₂＞T₁。但溫度高，甲醇的含量低，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此正方應是放熱反應，即△H＜0，A正確；溫度是T₂＞T₁，所以T₁時的反應速率小于于T₂時的反應速率，B不正確；C、升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，所以該反應在T₁時的平衡常數比T₂時的大，C正確；處于A點的反應體系從T₁變到T₂時，平衡向逆反應方向移動，所以達平衡時n(H₂)/n(CH₃OH)增大，D正確，答案選ACD。
②在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態。a．反應CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）是體積減小的可逆反應，因此體系壓強保持不變時可以說明達到平衡狀態，a正確；b．反應速率之比是相應的化學計量數之比，因此v(H₂)＝3v(CO₂)是恒成立的，b不正確；c．平衡時濃度不再發生變化，但物質之間的濃度不一定相等或滿足某種關系，所以CH₃OH與H₂物質的量之比為1:3不能說明反應達到平衡狀態，c不正確；d．每消耗1 mol CO₂的同時生成3molH₂，由于二者的反應速率相反，且滿足反應速率之比是相應的化學計量數之比，因此可以說明達到平衡狀態，d正確；e. 密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，所以密閉容器中混合氣體的密度始終不變，e不能說明，e不正確；f.密閉容器中CH₃OH的體積分數不變可以說明反應達到平衡狀態，f正確，答案選adf。
③                CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）  1        3              0          0
轉化濃度（mol/L） 0.6      1.8            0.6        0.6
平衡濃度（mol/L） 0.4      1.2            0.6        0.6
所以容器內的壓強與起始壓強之比為＝
該反應的平衡常數K＝=＝0.52