Question

【題目】目前工業上有一種方法是用CO2生產燃料甲醇。一定條件下發生反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，圖甲表示該反應過程中能量的變化。

(1)在固定容積的密閉容器內，下列能說明該反應已經達到平衡狀態的是______。

A．單位時間內生成n mol CO2的同時生成 3n molH2

B．容器內氣體壓強保持不變

C．v逆(CO2)＝v正(CH3OH)

D．1mol CH3OH中H—O鍵斷裂的同時2mol C=O鍵斷裂

E．混合氣體的密度不再改變的狀態

F．混合氣體的平均相對分子質量不變

(2)在體積為1 L的密閉容器中，充入1mol CO2和3mol H2，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖乙所示。從反應開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率v(H2)＝_______。容器內平衡時與起始時的壓強之比為________。平衡時 CO2的轉化率為________，平衡時CH3OH的體積分數為__________。

(3)下圖是科學家正在研發的，以實現上述反應[CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)]在常溫常壓下進行的裝置。寫出甲槽的電極反應式：_____________________。

Answer 1

【答案】BCDF 0.225 mol/(L·min) 0.625(5:8) 75％ 30％(3/10) CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O

【解析】

(1)A．只要反應進行單位時間內生成n mol CO2的同時就會生成 3n molH2，故A不選；

B．該反應前后氣體系數之和不相等，容器容積恒定，所以未平衡時容器內氣體的物質的量會變，即壓強會變，所以壓強不變時說明反應平衡，故B選；

C．平衡時v逆(CO2)＝v正(CO2) ，而v正(CO2)=v正(CH3OH)，所以v逆(CO2)＝v正(CH3OH)說明正逆反應速率相等，反應達到平衡，故C選；

D．1mol CH3OH中H—O鍵斷裂的同時2mol C=O鍵斷裂，即正逆反應速率相等，反應達到平衡，故D選；

E．反應物和生成物均為氣體，所以氣體總質量不變，容器容積恒定，即氣體總體積不變，所以混合氣體的密度一直不變，故E不選；

F．該反應前后氣體系數之和不相等，所以未平衡時容器內氣體的物質的量會變，而氣體總質量不變，所以平均相對分子質量會變，故F選；綜上所述選BCDF。

(2)據圖可知10min后二氧化碳和甲醇的濃度不再改變，說明反應達到平衡，此時△c(CH3OH)=0.75mol/L，根據反應方程式可知該時段內△c(H2)=2.25mol/L，所以v(H2)＝=0.225 mol/(L·min)；平衡時△c(H2)=2.25mol/L，容器體積為1L，則平衡時容器內n(H2)＝3mol-2.25mol=0.75mol，據圖可知n(CO2)＝0.25mol，n(CH3OH)=0.75mol，根據方程式可知n(H2O)＝0.75mol，容器體積恒定，所以壓強之比等于氣體物質的量之比，所以平衡時與起始時壓強之比為=0.625(5:8)；二氧化碳的轉化率為=75%；氣體的體積分數即物質的量分數，所以甲醇的體積分數為=30%；

(3)甲槽通入二氧化碳，根據該裝置的目的可知得到的產物應為甲醇，二氧化碳得電子發生還原反應，電極方程式為CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O。