Question

为探究用CO₂来生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验：在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO₂和3 molH₂，一定条件下发生反应：CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O(g)   ΔH＝－49.0 kJ·mol^－1，T温度下，测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如下图。请回答下列问题：

(1) 达平衡时，氢气的平衡浓度为C(H₂)＝           。

(2) 能够说明该反应已达到平衡的是            (填字母序号，下同)。

A．恒温、恒容时，容器内的压强不再变化

B．恒温、恒容时，容器内混合气体的密度不再变化

C．一定条件下，CO、H₂和CH₃OH的浓度保持不变

D．一定条件下，单位时间内消耗3 mol H₂的同时生成1 mol CH₃OH

(3)下列措施中能使平衡混合物中增大的是______________。

A．加入催化剂                B．充入He(g)，使体系压强增大

C．将H₂O(g)从体系中分离      D．降低温度

(4) 求此温度(T)下该反应的平衡常数K ＝          。若开始时向该1 L密闭容器中充入1 mol CO₂，2molH₂，1.5mol CH₃OH和1 mol H₂O(g)，则反应向         （填“正”或“逆”）反应方向进行。

Answer

（1）0.75mol/L；(2)AC；(3)CD；(4)5.33或，正。

【解析】

试题分析：（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CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O可知，氢气的浓度变化为0.75mol/L×3=2.25mol/L，氢气的平衡浓度为c(H2)= 3mol/L-2.25mol/L=0.75mol/L。

（2）A．该反应为左右气体系数和不相等的可逆反应，压强随着反应的进行不断变化，恒温、恒容时，容器内的压强不再变化说明反应达到平衡状态，正确；B．在恒温、恒容、密闭容器中，根据密度=m÷V，密度始终不变，容器内混合气体的密度不能作为反应达到平衡的判据，错误；C．一定条件下，CO、H2和CH3OH的浓度保持不变，说明反应达到平衡状态，正确；D．一定条件下，单位时间内消耗3 mol H2的同时生成1 mol CH3OH，表述的都是正反应速率，错误；答案选AC。

（3）使n（CH3OH）/n（CO2）增大，采取的措施应能使平衡向正反应移动，但不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，A. 使用催化剂，平衡不移动，n（CH3OH）/n（CO2）不变，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，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，正确；D.该反应正反应是放热反应，降低温度，平衡向逆反应移动，n（CH3OH）/n（CO2）增大，正确；答案选CD。

（4）由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，则：

CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)

开始（mol/L）：1 3 0 0

变化（mol/L）：0.75 2.25 0.75 0.75

平衡（mol/L）：0.25 0.75 0.75 0.75

该温度下平衡常数K=（0.75×0.75）÷（0.25×0.753）=5.33；

Q=（1.5×1）÷（1×23）=0.19