Question

随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究反应原理，现进行如下实验，在485℃时，在体积为1 L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应合成甲醇：

（1）请完成CO₂和3mol H₂反应合成甲醇的热化学方程式：

CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(g)＋______(  )，△H＝－49.0kJ/mol

（2）测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H₂)＝ ___________mol/(L·min)。

②该反应的平衡常数表达式为__________________。

③据图中提供的数据计算在该温度下的K值。要有计算过程。（保留三位有效数字）

（3）能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是___________（多选扣分）

A．容器中压强不变的状态                  B．混合气体中c（CO₂）不变的状态

C．V_逆(H₂O)=3 V_正 (H₂)                    D．混合气体的密度保持不变的状态

E．用CO₂、H₂、CH₃OH的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为1：3：1的状态

F．混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态

（4）下列措施中能使n(CH₃OH)/n(CO₂)增大的是___________。

A．升高温度                  B．充入He(g)，使体系压强增大

C．将H₂O(g)从体系中分离      D．再充入1mol CO₂和3mol H₂

Answer

（1）H2O(g) （2分）

（2）①0.225（3分） ②K= （2分）

③过程中要有三段式，5.33 L2/ mol2 （5分）

（3）A、B、F（3分） （4）C、D（2分）

【解析】

试题分析：

（1）485℃时，根据原子守恒可知产物为H2O(g)

（2）① 由题意知v(H2)＝Δc(H2)/Δt=2.25 mol·L-1/10min=0.225 mol·L-1·min-1

② 由平衡常数定义式直接推出表达式，K=

③ CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g) ＋ H2O(g)

起始浓度(mol/L) 1 3 0 0

转化浓度(mol/L) 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡浓度(mol/L) 0.25 0.75 0.75 0.75

K= = = 5.33 L2/ mol2

（3）A．正反应是气体系数减小的反应，故容器中压强不变时，反应达到了平衡状态；B．混合气体中c（CO2）不变，反应达到了平衡状态；C．应为3 V逆(H2O)= V正 (H2)；D．体系中混合气体的密度一直不变，不能作为平衡状态判断的依据；E．反应速率的比任何时候都满足方程式的系数比；F．混合气体的平均相对分子质量不再改变，反应达到了平衡状态。

（4）n(CH3OH)/n(CO2)增大即平衡正向移动，应用勒沙特列原理可知答案。B有一定迷惑性，因为容器体积不变，充氦气虽然总压强增大，但各物质浓度未发生变化，故平衡不移动。

考点：平衡状态的判断，平衡常数的计算

【名师点睛】判断化学反应达到平衡状态的标志 1、任何情况下均可作为标志的: (1)v正=v逆(同一种物质) (2)各组分含量(百分含量、物质的量、质量)不随时间变化 (3)某反应物的消耗(生成)速率:某生成物的消耗(生成)速率=化学计量数之比 2、在一定条件下可作为标志的: (1)对于有色物质参加或生成的可逆反应体系，颜色不再变化。 (2)对于有气态物质参加或生成的可逆反应体系，若反应前后气体的物质的量变化不为0，则混合气体平均相对分子质量M和反应总压P不变(恒温恒容)。 (3)对于恒容绝热体系，体系的温度不再变化。