Question

12．由于溫室效應(yīng)和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發(fā)利用，引起了各國的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂生產(chǎn)燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖1表示該反應(yīng)進(jìn)行過程中能量（單位為kJ•mol^-1）的變化．
（1）關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中，正確的是C．（填字母）
A．△H＞0，△S＞0    B．△H＞0，△S＜0    C．△H＜0，△S＜0    D．△H＜0，△S＞0

（2）容積一定，下列情況不能說明該反應(yīng)一定達(dá)到平衡的是CD．
A．混合氣體的平均平均相對分子質(zhì)量不變       
B．混合氣體的壓強(qiáng)不變
C．單位時間內(nèi)生成3mol H-H鍵，同時生成2mol H-O鍵
D．混合氣體中c （CO₂）：c （H₂）=1：3
（3）溫度降低，平衡常數(shù)K增大（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（4）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，測得CO₂和CH₃OH （g）的濃度隨時間變化如圖2所示．從反應(yīng)開始到平衡，用H₂濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v（H₂）為0.225mol•L^-1•min^-1，CO₂和H₂的轉(zhuǎn)化率比是1：1
（5）下列措施中能使（4）題中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的有CE．（填字母）
A．升高溫度             B．加入催化劑          C．將H₂O（g）從體系中分離
D．充入He（g），使體系總壓強(qiáng)增大           E．再充入1molCO₂和3molH₂
（6）若在另一個密閉容器中充入1molCO₂和3molH₂，保持壓強(qiáng)不變，并使初始體積與題中容器體積相等，且在相同的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到平衡時該容器中的CO₂的體積百分?jǐn)?shù)＜ （4）題中的CO₂的體積百分?jǐn)?shù)．（“＞”或“＜”或“=”，下同）

Answer 1

分析 （1）由圖1可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，由方程式可知，該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體的物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，故正反應(yīng)為熵減過程；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，依據(jù)化學(xué)平衡移動原理分析，正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變是破壞的標(biāo)志，依據(jù)“變量不變”的原則分析選項(xiàng)；
（3）該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)移動，平衡常數(shù)增大；
（4）由圖2可知，甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（H₂），化學(xué)平衡三段式列式計算得到，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（5）使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，改變條件使平衡向正反應(yīng)移動，但只增大二氧化碳的濃度會使該比值減��；
（6）恒壓條件下，壓強(qiáng)大于恒容條件下壓強(qiáng)，對恒容容器相當(dāng)于壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行，比較該加入反應(yīng)物條件下與（4）的壓強(qiáng)比較，再比較容器中的CO₂的體積百分?jǐn)?shù)；

解答 解：（1）由圖1可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，由方程式可知，該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體的物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，故正反應(yīng)為熵減過程，即△S＜0，故選C；
故答案為：C；
（2）可逆反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），是氣體體積減小的放熱反應(yīng)；
A．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，但氣體物質(zhì)的量變化，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A不符合；     
B．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，混合氣體的壓強(qiáng)不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B不符合；
C．單位時間內(nèi)生成3mol H-H鍵，反應(yīng)逆向進(jìn)行，同時生成2mol H-O鍵，水和甲醇中都含有H-O鍵，反應(yīng)正向進(jìn)行，不符合正逆反應(yīng)速率相同，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C不合；
D．濃度之比和起始量，變化量有關(guān)，反應(yīng)過程中變化量是混合氣體中c （CO₂）：c （H₂）=1：3，不能說明正逆反應(yīng)速率相同，所以不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D符合；
故答案為：CD；
（3）該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)移動，平衡常數(shù)增大；
故答案為：增大；
（4）由圖2可知，10min達(dá)平衡時甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，所以v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min）；此時依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算為：
        CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量   1        3         0         0
變化量   0.75     2.25      0.75      0.75
平衡量   0.25     0.75      0.75      0.75
CO₂和H₂的轉(zhuǎn)化率比是=$\frac{0.75}{1}$：$\frac{2.25}{3}$=1：1；
故答案為：0.225，1：1；
（5）使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，改變條件使平衡向正反應(yīng)移動，但只增大二氧化碳的濃度會使該比值減�。�
A．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤；
B．加入催化劑，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．充入He（g），反應(yīng)混合物的濃度不變，變化不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故D錯誤；
E．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強(qiáng)，平衡正反應(yīng)移動，平衡時n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故E正確；故選CE；
故答案為：CE；
（6）恒容條件下，該反應(yīng)前氣體物質(zhì)的量大于反應(yīng)后氣體物質(zhì)的量，隨著反應(yīng)進(jìn)行體系壓強(qiáng)減小，不利于反應(yīng)的正向進(jìn)行，恒壓條件下，壓強(qiáng)大于恒容條件下壓強(qiáng)，對恒容容器相當(dāng)于壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行，所以CO₂的體積百分?jǐn)?shù)小于（4）題中的CO₂的體積百分?jǐn)?shù)；
故答案為：＜．

點(diǎn)評 本題考查平衡圖象、化學(xué)平衡有關(guān)計算、反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響因素等，難度不大，注意基礎(chǔ)知識的理解掌握，（5）中只增大二氧化碳的濃度會使該比值減小，可以借助平衡常數(shù)分析理解．