Question

由于溫室效應和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發利用，引起了各國的普遍重視。目前工業上有一種方法是用CO₂生產燃料甲醇, 一定條件下發生如下反應：
CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)
（1）寫出該反應的平衡常數表達式：K＝                 ；已知：K(300℃)＞K(350℃)，則該反應是_______反應。（填“吸熱”或“放熱”）
（2）下列情況不能說明該反應一定達到平衡的是      
A混合氣體的平均平均相對分子質量不變         B混合氣體的壓強不變
C單位時間內生成3mol H—H鍵，同時生成2 mol C=O鍵   
D．混合氣體中 c (H₂) : c (CH₃OH) = 3:1
（3）為探究反應原理，現進行如下實驗：在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，測得CO₂和CH₃OH(g)的濃度隨時間變化如下圖所示。從反應開始到平衡，用H₂濃度變化表示的平均反應速率v(H₂)為           mol·L^－1·min^－1

（4）下列措施中能使（3）題中n(CH₃OH)/n(CO₂)增大的有           。(填字母)
A升高溫度          B加入催化劑      C將H₂O(g)從體系中分離           
D充入He(g)，使體系總壓強增大          E．再充入1molCO₂和3molH₂
（5）若在另一個密閉容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，保持壓強不變,并使初始體積與（3）題中容器體積相等，且在相同的溫度下進行反應，達到平衡時該容器中的CO₂的體積百分數 ________（3）題中的CO₂的體積百分數。(填“>”或“<”或“=”)

Answer 1

（1）K＝c(CH₃OH)c(H₂O)/c(CO₂)c³(H₂)；放熱；（2）CD；（3）0.225；（4）CE；（5）＜。

試題分析：（1）根據反應CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)和化學平衡常數的定義寫出該反應的平衡常數表達式：K＝c(CH₃OH)c(H₂O)/c(CO₂)c³(H₂)；已知：K(300℃)＞K(350℃)，則升高溫度，平衡逆向移動，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，則該反應是放熱反應；（2）A、根據M=m/n判斷，隨著反應的進行，混合氣體的質量不變，物質的量發生變化，混合氣體的平均相對分子質量不斷變化，當混合氣體的平均相對分子質量不變，反應已達平衡狀態，錯誤；B、根據阿伏加德羅定律，同溫同體積條件下，氣體的壓強之比等于物質的量之比，隨著反應的進行氣體的物質的量不斷變化，混合氣體的壓強不斷變化，當混合氣體的壓強不變時，反應已達平衡狀態，錯誤；C、單位時間內生成3mol H—H鍵，同時生成2 mol C=O鍵 ，二者均為逆反應速率，不能說明該反應一定達到平衡，正確；D、混合氣體中 c (H₂) : c (CH₃OH) = 3:1[，不能說明該反應一定達到平衡，正確；選CD；（3）根據題給圖像知，10min時反應達到平衡狀態，甲醇的濃度變化為0.75mol·L—1，根據公式v=△c/△t計算，v(CH₃OH)=0.075 mol·L^－1·min^－1，利用速率之比等于化學計量數之比計算，v(H₂)= 3v(CH₃OH)= 0.225 mol·L^－1·min^－1；（4）A、該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，n(CH₃OH)/n(CO₂)減小，錯誤；B、加入催化劑 ，平衡不移動，n(CH₃OH)/n(CO₂)不變，錯誤；C、將H₂O(g)從體系中分離，平衡正向移動，n(CH₃OH)/n(CO₂)增大，正確；D、等溫等容條件下，充入He(g)，雖然體系總壓強增大，但與反應相關的物質的濃度不變，平衡不移動，n(CH₃OH)/n(CO₂)不變，錯誤；E、等溫等容條件下，再充入1molCO₂和3molH₂相當于增大壓強，平衡正向移動，n(CH₃OH)/n(CO₂)增大，正確，選CE；（5）若一個密閉容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，保持壓強不變，隨著反應的進行，容器內氣體的物質的量不斷減小，容器的體積不斷減小，相當于增大壓強，平衡正向移動，達到平衡時該容器中的CO₂的體積百分數 ＜ （3）題中的CO₂的體積百分數。