Question

中国政府承诺到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。CO₂可转化成有机物实现碳循环。在体积为1L的密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：，测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间的变化如图所示。

（1）3～9min内，v(H₂)=_________mol·L^-1·min^-1。

（2）能说明上述反应达到平衡状态的是________（填序号）。

A.反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为l:1（即图中交点）

B.混合气体的密度不随时间的变化而变化

C.单位时间内消耗3mol H₂，同时生成1mol CO₂

D. CO₂的体积分数在混合气体中保持不变

（3）平衡时CO₂的转化率为________

（4）平衡时混合气体中CH₃OH(g)的体积分数为________。

Answer

0.125 D 75% 30%

【解析】

反应为气体分子数减小的可逆反应。反应开始后，平衡正向移动。当9min时，CO2和CH3OH(g)的浓度不再改变，说明反应达到平衡状态。

（1）由化学方程式可知，v(H2)=3v(CO2)=3×(0.50 mol·L-1-0.25 mol·L-1)÷6 min=0.125 mol·L-1·min-1。

（2）A项，由图象可知，交点处表示CO2和CH3OH的浓度相等，但反应未达到平衡状态；B项，容器容积不变，该反应是纯气体反应，即气体的质量始终不变，故密度始终是常数；C项，消耗H2和生成H2O均表示正反应，其速率之比始终为3:1；D项，反应体系中某种气体的含量不变，说明反应达到了平衡状态。

（3）平衡时CO2的转化率为。

（4）反应前后物质的物质的量如下：

开始/mol：

1

3

0

0

平衡/mol：

0.25

3-3×(1-0.25)

1-0.25

1-0.25

故平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数是。