Question

由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO₂含量并加以开发利用，引起了各界的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)，该反应的能量变化如图所示：

(1)上述反应平衡常数K的表达式为________，温度降低，平衡常数K________(填“增大”、“不变”或“减小”)。

(2)在体积为2 L的密闭容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，测得CO₂的物质的量随时间变化如下表所示。从反应开始到5 min末，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v(H₂)＝________。

t/min	0	2	5	10	15
n(CO2)/mol	1	0.75	0.5	0.25	0.25

(3)在相同温度容积不变的条件下，能说明该反应已达平衡状态的是________(填写序号字母)。

a．n(CO₂)∶n(H₂)∶n(CH₃OH)∶n(H₂O)＝1∶3∶1∶1

b．容器内压强保持不变

c．H₂的消耗速率与CH₃OH的消耗速率之比为3∶1

d．容器内的密度保持不变

(4)下列条件能使上述反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是________(填写序号字母)。

a．及时分离出CH₃OH气体

b．适当升高温度

c．保持容器的容积不变，再充入1 mol CO₂和3 mol H₂

d．选择高效的催化剂

Answer

(1) 增大

(2)0.15 mol·L－1·min－1

(3)bc (4)c

【解析】(1)该反应生成物比反应物能量低，是放热反应；温度降低，平衡正向移动，K值增大。(2)v(H2)＝3v(CO2)＝ ×3＝0.15 mol·L－1·min－1。(3)该反应是一个反应前后气体物质的量不相等的反应，当容器内压强不变时，说明正反应速率和逆反应速率相等，反应达到平衡。当氢气的消耗速率与甲醇的消耗速率之比为3∶1时，说明氢气的消耗速率和生成速率相等，反应达到平衡。无论反应是否达到平衡，容器内气体的密度都不变。(4)及时分离出甲醇气体会使平衡正向移动，但反应速率减小；升高温度会使反应速率增大，但平衡逆向移动；选择高效的催化剂会加快反应速率，但平衡不移动；保持容器的容积不变，再充入1 mol CO2和3 mol H2，等效于在原平衡的基础上增大压强，化学反应速率增大，平衡正向移动。