Question

（1）下图是某煤化工产业链的一部分，已知该产业链中某反应的平衡常数表达式为，已知此反应中生成1g氢气需吸热65.75kJ，它所对应的热化学方程式是         。

（2）向2L密闭容器中加入2molCO₂、6molH₂，在适当的催化剂作用下，发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(l)+H₂O(l)

①该反应自发进行的条件是           （填“低温”、“高温”或“任意温度”）

②下列叙述能说明容器内反应达到平衡状态的是               。

A.混合气体的平均相对分子质量保持不变    B.CO₂和H₂的体积分数保持不变

C.CO₂和H₂的转化率相等                   D.混合气体的密度保持不变

（3）改变温度，使反应CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) △H<0中的所有物质都为气态，起始温度体积相同（T₁℃、2L密闭容器）。反应过程中部分数据见下表：

	反应时间	CO2(mol)	H2(mol)	CH3OH(mol)	H2O(mol)
反应I恒温恒容	0min	2	6	0	0
10min		4.5
20min	1
30min			1
反应II绝热恒容	0min	0	0	2	2

到平衡时，反应I、II对比，平衡时CH₃OH的浓度c(I)          c(II)（填“＞”“＜”或“=”）

反应I，前10min内的平均反应速率v(CH₃OH)=             。若30min时只向容器中再充入1molCO₂(g)和1molH₂O(g)，则平衡              移动。（填“正向”“逆向”或“不”）。

Answer

（1）C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H=+131.5kJ/mol

（2）①低温 ②D

（3）① ＜②0.025mol·L―1min―1 不

【解析】

试题分析：（1）根据平衡常数表达式可判断氢气是生成物，碳和水蒸气反应生成氢气和CO，已知反应中生成1g氢气需吸热65.75kJ，则生成1mol氢气即2个氢气吸收的热量是131.5kJ，因此它所对应的热化学方程式是C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H=+131.5kJ/mol。

（2）①正反应是体积减小的放热反应，则根据△G＝△H－T·△S＜0可知反应应该在低温下自发进行。

②A. 混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，由于只有反应物是气体，且二者的比值固定，所以混合气体的平均相对分子质量始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，A错误；B. 由于只有反应物是气体，且二者的比值固定，所以CO2和H2的体积分数始终保持不变不能说明反应达到平衡状态，B错误；C. CO2和H2是按照化学计量数之比充入反应，则二的转化率始终相等，不能说明反应达到平衡状态，C错误；D. 密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中气体质量变化，容器容积不变，则混合气体的密度保持不变可以说明反应达到平衡状态，D正确，答案选D。

（3）①Ⅰ、Ⅱ转化到一边完全一样，则恒温恒容为等效，又I为恒温，Ⅱ为绝热容器，反应向逆反应进行，逆反应为吸热反应，平衡时温度比I中低，升高温度平衡向逆反应方向移动，因此平衡时CH3OH的浓度c(I)＜c(II)。

②对反应I，前10min内消耗氢气是1.5mol，则生成甲醇是0.5mol，其浓度是0.25mol/L，所以平均反应速率v(CH3OH)=0.25mol/L÷10min＝0.025 mol·L―1min―1。20min时，转化的CO2为2mol-1mol=1mol，则生成的CH3OH为1mol，而30min时CH3OH为1mol，故20min时到达平衡，则

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始浓度（mol/L） 1 3 0 0

转化浓度（mol/L） 0.5 1.5 0.5 0.5

平衡浓度（mol/L） 0.5 1.5 0.5 0.5

则K＝

若30min时只向容器中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g)，则此时浓度熵＝，因此平衡不移动。

【考点定位】本题主要是考查平衡状态判断及平衡常数应用

【名师点晴】该题的难点和易错点是平衡状态判断，掌握平衡状态的特征和判断依据是解答的关键。注意可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断依据：①正反应速率和逆反应速率相等。②反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。只要抓住这两个特征就可确定反应是否达到平衡状态，对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了，即说明可逆反应达到了平衡状态。判断化学反应是否达到平衡状态，关键是看给定的条件能否推出参与反应的任一物质的物质的量不再发生变化。