Question

【題目】二氧化碳的捕集、利用與封存(CCUS)是我國能源領(lǐng)域的一個重要戰(zhàn)略方向。CO2可轉(zhuǎn)化成有機(jī)物實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)。在 2 L 的恒溫恒容密閉容器中，充入 2molCO2 和 6molH2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，測得 CO2 和 CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖：

(1)從 3 min 到 15min，υ(H2)=____molL－1min－1；

(2)能說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____填編號)。

A. 反應(yīng)中 CO2 與 CH3OH 的物質(zhì)的量濃度之比為 1∶1(即圖中交叉點(diǎn))

B. 混合氣體的壓強(qiáng)不隨時間的變化而變化

C. 單位時間內(nèi)生成 1mol H2，同時生成 1mol CH3OH

D. 混合氣體的平均密度不隨時間的變化而變化

(3)平衡時 CO2 的轉(zhuǎn)化率為 _____。

(4)平衡混合氣體中 CO2(g)和 H2(g)的物質(zhì)的量之比是 ______。

(5)第 3 分鐘時υ正(CH3OH)______第 15 分鐘時υ逆(CH3OH)(填“＞”、“＜” “=”)。

Answer 1

【答案】0.0625 B 75% 1:3 ＞

【解析】

(1)根據(jù)計算；

(2)反應(yīng)達(dá)到平衡時任何物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度、含量等保持不變，據(jù)此判斷；

(3)根據(jù)計算；

(4)根據(jù)加入的反應(yīng)物的物質(zhì)的量及物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系判斷平衡時兩種氣體的物質(zhì)的量關(guān)系；

(5)根據(jù)平衡建立過程中正逆反應(yīng)速率的變化判斷。

(1)根據(jù)圖示可知：從3 min到15 min，CO2的濃度從0.5 mol/L變?yōu)?/span>0.25 mol/L，c(CO2)=(0.50.25)mol/L=0.25mol/L，則c(H2)= 0.25mol/L×3=0.75 mol/L，故用H2濃度變化表示的反應(yīng)速率；

(2)反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)在2 L的恒容密閉容器中進(jìn)行，正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，

A. 反應(yīng)中CO2與CH3OH的物質(zhì)的量濃度之比為1∶1(即圖中交叉點(diǎn))，由于CO2與CH3OH的濃度還在發(fā)生變化，說明反應(yīng)未達(dá)到平衡，故A不符合題意；

B. 該反應(yīng)在恒容密閉容器中進(jìn)行，且該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，若混合氣體的壓強(qiáng)不隨時間的變化而變化，說明氣體的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B符合題意；

C. 單位時間內(nèi)生成1 mol H2，就會消耗mol CH3OH，同時生成1 mol CH3OH，說明反應(yīng)正向進(jìn)行，未達(dá)到平衡狀態(tài)，故C不符合題意；

D. 該反應(yīng)在恒容密閉容器中進(jìn)行，且氣體的總質(zhì)量不變，則混合氣體的平均密度始終不變，故混合氣體的平均密度不隨時間的變化而變化不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D不符合題意；故答案為：B；

(3)根據(jù)圖象可知：在反應(yīng)開始時CO2濃度是1.00 mol/L，平衡時濃度為0.25 mol/L，所以CO2的平衡轉(zhuǎn)化率=；

(4)反應(yīng)開始時加入2 mol CO2和6 mol H2，根據(jù)方程式CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可知：CO2和H2反應(yīng)消耗的物質(zhì)的量之比是1：3，因此平衡時CO2(g)和H2(g)的物質(zhì)的量之比也是1：3；

(5)該反應(yīng)從正反應(yīng)方向開始，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，正反應(yīng)速率逐漸減小，逆反應(yīng)速率逐漸增大，當(dāng)?shù)降?/span>15 分鐘時反應(yīng)達(dá)到平衡，此時υ正(CH3OH)=υ逆(CH3OH)，因此第3 分鐘時υ正(CH3OH)＞第15 分鐘時υ逆(CH3OH)。