Question

降低大气中 CO₂ 的含量及有效地开发利用 CO₂，已受到各国的普遍重视。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，在体积为 1L 的恒容密闭容器中，充入 1mol CO₂ 和 3mol H₂，一定条件下发生反应： CO₂(g)+3H₂(g)⇌CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH＝-49.0kJ/mol。测得CO₂ 和 CH₃OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。

(1)在恒温恒容条件下，下列能说明反应达到化学平衡状态的是     _________(选填字母)

A．体系压强不再改变    B．气体密度不再改变     C．CO₂ 的浓度不再改变    D．v _正(CO₂)= v _逆(H₂)

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

(3)在该温度下，该反应的平衡常数为_________(保留小数点后 2 位)。

(4)下列措施中能使平衡体系中 n(CH₃OH)/n(CO₂)增大的是_________(选填字母)。

A．升高温度   B．充入 He(g)，使体系压强增大   C．将 H₂O(g)从体系中分离出去   D．再充入 1mol H₂

(5)当反应达到平衡时，H₂ 的物质的量浓度为 c₁，然后向容器中再加入一定量 H₂，待反应再一次达到平衡后，H₂ 的物质的量浓度为 c₂，则 c₁________________c₂(填“>”、“<”或“＝”)。

Answer

AC 0.075 5.33 CD <

【解析】

(1)可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，判断化学平衡状态是变化量不再发生改变，则说明到达平衡；

(2)由图先求出甲醇的反应速率，再由化学反应速率之比等于化学计量数之比，求的氢气反应速率；

(3)列出三段式，找到平衡时各物质的平衡浓度，即可求出平衡常数；

(4)要使n（CH3OH）/n（CO2）增大应采取措施，即使平衡向正反应移动；

(5)由勒夏特列原理，反应只能向着减弱这种影响的方向移动，不能消除影响；

(1)在恒温恒容条件下，CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＝-49.0kJ/mol，反应是气体体积减小的放热反应，

A．该反应是气体体积减小的放热反应，当体系压强不再改变，说明各气体的组分不再变化，说明反应达到平衡状态，A正确；

B．反应前后气体体积和质量不变，气体的密度始终不变化，不能说明反应达到平衡状态，B错误；

C．CO2 的浓度不再改变，则消耗CO2的量与生成CO2的量相等，二氧化碳正逆反应速率相同，说明反应达到平衡状态，C正确；

D．化学反应速率之比等于化学计量数之比，则3v 正(CO2)= v 正(H2)，故当3v 正(CO2)= v 正(H2)= v 逆(H2)时正逆反应速率相等，才能说明反应达到平衡状态，D错误；

故答案为AC；

(2)由图可知反应到10min后达到平衡，甲醇的反应速率为：，由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则氢气的平均反应速率 v(H2)= v(CH3OH)=0.075 mol/(L·min)，答案为0.075；

(3)由图中数据，列出该反应的三段式：

则该反应的平衡常数：，答案为5.33；

(4)使n(CH3OH)/n(CO2)增大应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，

A．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，n(CH3OH)/n(CO2)减小，故A错误；

B．充入He(g)，使体系压强增大，容器的容积不变，反应混合物的浓度不变，平衡不移动，n(CH3OH)/n(CO2)不变，故B错误；

C．将H2O(g)从体系中分离，平衡向正反应移动，n(CH3OH)/n(CO2)增大，故C正确；

D．再充入1mol H2，平衡向正反应移动，n(CH3OH)/n(CO2)增大，故D正确；

答案选CD；

(5)由勒夏特列原理，反应只能向着减弱这种影响的方向移动，不能消除影响，故平衡后，再加入H2，平衡正向移动，开始的瞬间氢气浓度下降，但后来氢气加入，它的浓度最终会增多，故c1