Question

为实现 “节能减排” 和“低碳经济”的一项课题是如何将CO₂转化为可利用资源。目前，工业上常用CO₂来生产燃料甲醇。现进行如下实验：在体积为l L的密闭恒容容器中，充入l mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：

CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)  ΔH＝－49.0 kJ/mol。

测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①该反应的平衡常数表达式K＝          ；

②从反应开始到平衡时，CH₃OH的平均反应速率

v(CH₃OH)＝               （注明单位）；H₂的转化率＝             ；

③下列说法中，能说明上述反应达到平衡状态的是    

A．每消耗1mol CO₂的同时生成1mol CH₃OH          

B．CO₂、H₂、CH₃OH和H₂O的物质的量的比为1∶3∶1∶1

C．容器中气体的压强不再改变

D．容器中气体的密度不再改变  

④下列措施中，能使上述平衡状态向正反应方向移动的是     

A．升高温度                    

B．将CH₃OH(g)从体系中分离

C．使用高效催化剂              

D．恒温恒容再充入1 molCO₂和3 mol H₂

Answer

① ②0.075 mol·(L·min)－1 75%

③C ④ BD

【解析】

试题分析：（1）CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）的平衡常数表达式K=；

（2）二氧化碳是反应物，随反应进行浓度减小，甲醇是生成物，随反应进行浓度增大，10nim内达到平衡，生成甲醇浓度为0.75mol/L，二氧化碳浓度变化了0.75mol/L，则v（CH3OH）==0.075mol/（L•min），由方程式可知△c（H2）=3c（CH3OH）=2.25mol/L，则△n（H2）=1L×2.25mol/L=2.25mol，氢气转化率=×100%=75%；

（3）A．每消耗1mol CO2的同时生成1mol CH3OH，均表示正反应速率，反应始终按该比例关系进行，故A错误；B．平衡时CO2、H2、CH3OH和H2O的物质的量的比，与反应物起始量及转化率有关，平衡时不一定等于化学计量数之比，故B错误；C．随反应进行混合气体物质的量增大，恒温恒容下压强增大，当容器中气体的压强不再改变，说明到达平衡，故C正确；D．混合气体总质量不变，容器的容积不变，容器中气体的密度为定值，故D错误，故选C；

（4）A．反应是放热反应，升温平衡逆向进行，故A错误；B．将CH3OH（g）及时液化抽出，生成物浓度减小，平衡正向进行，故B正确；C．选择高效催化剂只能改变速率，不影响化学平衡移动，故C错误；D．再充入l molCO2和3molH2，增大压强，平衡正向进行，故D正确，

故选BD。

考点：考查化学平衡的分析，涉及反应速率、平衡常数、平衡状态及影响化学平衡的因素。