Question

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+3H₂ CH₃OH+H₂O，该反应的能量变化如图所示：

（1）甲同学认为该反应为放热反应，他的理由为：        。

（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5min末，用CO₂浓度变化表示的平均反应速率v(CO₂)=        ；反应达到平衡状态，此时H₂的转化率为              。

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    (填序号)。

a．v_生成(CH₃OH)＝v_消耗(CO₂)

b．CO₂、H₂、CH₃OH、H₂O的浓度均不再变化

c．n(CO₂)∶n(H₂)∶n(CH₃OH)∶n(H₂O)＝1∶1∶1∶1

d．H₂的消耗速率与CH₃OH的消耗速率之比为3∶1

Answer

（1）反应物的总能量大于生成物的总能量；（2）0.05mol/(L·min)，75%；（3）b、d。

【解析】

试题分析：（1）依据能量守恒，反应物的总能量大于生成物的总能量，说明此反应是放热反应，反应物的总能量小于生成物的总能量，说明此反应是吸热反应，根据能量变化图，反应物的总能量大于生成物的总能量，故此反应是放热反应；（2）依据化学反应速率的表达式：v(CO2)=(1－0.5)/(2×5)mol/(L·min)=0.05mol/(L·min)，10min达到平衡，消耗的CO2的物质的量为(1－0.25)mol=0.75mol，依据反应方程式，此时消耗的H2的物质的量为3×0.75mol=2.25mol，氢气的转化率=消耗量/总量×100%=2.25/3×100%=75%；（3）a、不同种物质的反应速率判断到达平衡的标志要求：反应方向一正一逆，然后速率之比等于系数之比，生成甲醇的方向是向正反应方向进行，消耗CO2也是向正反应方向进行，不符合上述要求，故错误；b、化学平衡状态：一定条件下，可逆反应，当正反应速率和逆反应速率相等，且各组分的浓度不再改变，此时的状态称为平衡状态，各组分的浓度不再改变们能够说明达到平衡，故说法正确；c、物质的量之比不能作为达到平衡的标志，故说法错误；d、依据a选项的分析，消耗氢气反应向正反应方向进行，消耗甲醇反应向逆反应方向进行，且速率之比等于系数之比，能作为达到平衡的标志，故说法正确。

考点：考查能量和反应热的关系、化学反应速率的计算、化学平衡的计算、达到化学平衡的判断等知识。