Question

【題目】實(shí)現(xiàn) “節(jié)能減排” 和“低碳經(jīng)濟(jì)”是化學(xué)工作者研究的重要課題。有一種用CO2生產(chǎn)甲醇燃料的方法：CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）　

（1）CO2和H2充入一定體積的密閉容器中，兩種溫度下CH3OH的物質(zhì)的量隨時間的變化見圖1。曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KⅠ____KⅡ（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（2）某實(shí)驗(yàn)中將6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密閉容器中，測得H2的物質(zhì)的量隨時間變化如圖2曲線（甲）所示。

①a點(diǎn)正反應(yīng)速率_________逆反應(yīng)速率（填“＞”、“＜”或“＝”）；

0-10min內(nèi)v（CH3OH） ＝__________mol·L－1·min－1。

②若僅改變某一條件再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測得H2的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中虛線（乙）所示。曲線（乙）對應(yīng)改變的實(shí)驗(yàn)條件可以是______填序號）。

A．加催化劑 B．增大壓強(qiáng)

C．升高溫度 D．增大CO2濃度

（3）830 ℃，反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝1。在2L恒容反應(yīng)器中發(fā)生上述反應(yīng)，按下表中A、B、C、D四組的物質(zhì)的量投入反應(yīng)混合物，其中向正反應(yīng)方向進(jìn)行的有_____（填序號）。

物質(zhì)	A	B	C	D
n（CO2）	3	1	3	1
n（H2）	2	2	4	0
n（CH3OH）	1	2	3	0.5
n（H2O）	0	2	3	2

（4）研究發(fā)現(xiàn)，在相同條件下還發(fā)生另一個平行反應(yīng)CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）。CO2與H2用量相同，使用不同的催化劑時，產(chǎn)物中CO與CH3OH比例有較大差異，其原因是__________________________ 。

Answer 1

【答案】> ＞ 0.1 BD AC 催化劑有選擇性（對不同反應(yīng)催化能力不同）

【解析】

（1）先根據(jù)圖象判斷出反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡常數(shù)會降低，據(jù)此判斷平衡常數(shù)的變化；

（2）根據(jù)第（1）問可知，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H＜0，即該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，

①a點(diǎn)時還沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)物氫氣的物質(zhì)的量繼續(xù)減小，據(jù)此分析；先結(jié)合圖象信息，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的定義 =直接計(jì)算出氫氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率（H2），再根據(jù)各物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比間接得出結(jié)論；

②增大壓強(qiáng)或增大CO2濃度可以使平衡向正反應(yīng)方向移動；使用催化劑可以加快反應(yīng)速率，但平衡不發(fā)生移動；升高溫度可加快反應(yīng)速率，平衡向逆反應(yīng)方向移動，據(jù)此分析；

（3）將各選項(xiàng)中物質(zhì)的濃度代入濃度商公式計(jì)算濃度商的值，然后與化學(xué)平衡常數(shù)比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，若Qc<K，則反應(yīng)向正向移動；若Qc＞K，則反應(yīng)向逆向移動；

（4）根據(jù)題意，考慮催化劑的選擇性分析作答。

（1）根據(jù)圖象可知，線Ⅱ的反應(yīng)速率大于線Ⅰ，所以線Ⅱ?qū)��?yīng)的溫度高于線Ⅰ，而線Ⅱ?qū)��?yīng)的甲醇的物質(zhì)的量小，也就是說溫度高，反應(yīng)平衡向逆向移動，則反應(yīng)的△H＜0，所以相對于線Ⅰ來說，升高溫度（線Ⅱ）導(dǎo)致平衡逆向移動，平衡常數(shù)變小，即KⅠ＞KⅡ，

故答案為：＞；

（2）①a點(diǎn)時還沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)物氫氣的物質(zhì)的量繼續(xù)減小，平衡向正向移動，所以正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率；由圖2曲線可知，在2 L的密閉容器中，在0-10 min內(nèi)，氫氣從8 mol減小到2 mol，根據(jù)（H2）= = = = 0.3 mol·L－1·min－1，根據(jù)各物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比可知，（CH3OH） = （H2） = ×0.3 mol·L－1·min－1 = 0.1 mol·L－1·min－1，

故答案為：＞；0.1 mol·L－1·min－1；

②A. 使用催化劑可以加快反應(yīng)速率，但平衡狀態(tài)與甲相同，故A項(xiàng)錯誤；

B. 由圖象知曲線乙中H2的反應(yīng)速率快，結(jié)合反應(yīng)方程式可知，增大壓強(qiáng)可以使平衡向正反應(yīng)方向移動，加快H2的消耗速率，且達(dá)平衡時H2的物質(zhì)的量小于甲，故B項(xiàng)正確；

C. 升高溫度可加快反應(yīng)速率，但平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡時H2的量應(yīng)多于甲，故C項(xiàng)錯誤；

D. 增大CO2濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動，加快H2的消耗速率，且達(dá)平衡時H2的物質(zhì)的量小于甲，故D項(xiàng)正確；

答案選BD；

（3）根據(jù)任何時刻的各物質(zhì)的濃度商Qc = ，若Qc<K，則反應(yīng)向正向移動，據(jù)此分析判斷；

容器的體積為2 L，則各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度數(shù)值上等于。

A. Qc = = 0 ＜ 1，則反應(yīng)向正方向進(jìn)行，故A項(xiàng)正確；

B. Qc = = 2 ＞1，反應(yīng)向逆方向進(jìn)行，故B項(xiàng)錯誤；

C. Qc = = <1，反應(yīng)向正方向進(jìn)行，故C項(xiàng)正確；

D. Qc = 無意義，故無法判斷反應(yīng)的方向，故D項(xiàng)錯誤。

故答案選AC；

（4）CO2與H2用量相同，使用不同的催化劑時，產(chǎn)物中CO與CH3OH比例有較大差異，說明不同的催化劑對反應(yīng)的催化能力不同，即因催化劑有選擇性導(dǎo)致產(chǎn)物中CO與CH3OH比例有影響，

故答案為：催化劑有選擇性（對不同反應(yīng)催化能力不同）。