Question

如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂引起了全世界的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究该反应原理，进行如下实验：在容积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，在500℃下发生发应，CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)。实验测得CO₂和CH₃OH(g)的物质的量(n)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)=________________。下图是改变温度时化学反应速率随时间变化的示意图，则该反应的正反应为____________反应（填“放热”或“吸热”）。

(2)500℃该反应的平衡常数为______（保留两位小数），若提高温度到800℃进行，达平衡时，K值______（填“增大”、“减小”或“不变”）。

(3)500℃条件下，测得某时刻，CO₂(g)、H₂(g)、CH₃OH(g)和H₂O(g)的浓度均为0.5mol/L，则此时v(正)______v(逆)（填“＞”、“＜”或“=”）。

(4)下列措施能使 增大的是______。

A．升高温度                 B．在原容器中充入1molHe

C．将水蒸气从体系中分离出   D．缩小容器容积，增大压强

Answer

0.225mol/(L·min) 放热 5.33 减小 ＞ CD

【解析】

（1）由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式可知氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量3倍为2.25mol/L，再结合计算；根据温度对平衡的影响效果作答；
（2）平衡常数等于生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比值；升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小；

（3）依据计算浓度商和该温度下的平衡常数比较分析判断反应进行方向；

（4）要增大，应使平衡向正反应方向移动，根据平衡移动原理结合选项判断。

（1）由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量的3倍，为0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v(H2)= =0.225mol/(L·mon)；根据图示信息可知，升高温度，平衡向逆反应方向移动，则该反应的正反应为放热反应，故答案为：0.225mol/(L·min)；放热；

（2）由（1）可知平衡时各组分的浓度c(CO2)=0.25mol/L，c(CH3OH)=c(H2O)=0.75mol/L，则c(H2)=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，所以平衡常数K===5.3；升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数会减小，故答案为：5.3；减小；

（3） CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)和H2O(g)的浓度均为0.5mol/L，则浓度商Q==4＜K=5.33，说明反应正向进行v(正)＞v(逆)；故答案为：＞；

（4）CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)为气体体积减小的放热反应，则

A．该反应为放热反应，则升高温度，平衡向逆反应方向移动，减小，A项错误；

B. 在原容器中充入1 mol He，反应物的浓度保持不变，平衡不移动，的值保持不变，B项错误；

C. 将水蒸气从体系中分离出，平衡向正反应方向移动，的值增大，C项正确；

D. 缩小容器容积，增大压强，平衡向正反应方向移动，的值增大，D项正确；

故答案为CD。