Question

12．目前工業(yè)上可用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇，有關(guān)反應(yīng)為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1．現(xiàn)向體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，反應(yīng)過程中測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間的變化如圖所示．
（1）從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平衡濃度為C（H₂）=0.75mol•L^-1；
（2）若改變條件使平衡向正反應(yīng)方向移動，則平衡常數(shù)ac（填序號）
a．可能不變    b．可能減小  c．可能增大  d．不變、減小、增大皆有可能
（3）能夠說明該反應(yīng)已達到平衡的是AC（填字母序號，下同）．
A．恒溫、恒容時，容器內(nèi)的壓強不再變化
B．恒溫、恒容時，容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化
C．一定條件下，CO₂、H₂和CH₃OH的濃度保持不變
D．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗3mol H₂的同時生成1mol CH₃OH
（4）在其他條件不變的情況下，將體系體積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，下列有關(guān)該體系的說法正確的是bc．
a．氫氣的濃度減小         b．正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率也增大
c．甲醇的物質(zhì)的量增加   d．重新平衡時n（H₂）/n（CH₃OH）增大
（5）求此溫度（T）下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{16}{3}$．若開始時向該1L密閉容器中充入1mol CO₂，2mol H₂，1.5mol CH₃OH和1mol H₂O（g），則反應(yīng)向正（填“正”或“逆”）反應(yīng)方向進行．

Answer 1

分析 （1）從反應(yīng)開始到平衡，圖象中甲醇濃度變化為0.75mol/L，結(jié)合化學(xué)方程式定量關(guān)系計算消耗氫氣的濃度，平衡濃度=起始濃度-平衡濃度；
（2）平衡常數(shù)隨溫度變化不隨濃度等因素影響；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時，說明可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài)；
（4）將容器的容積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，壓強增大，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，以此判斷；
（5）結(jié)合化學(xué)平衡三行計算列式計算平衡濃度，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；若開始時向該1L密閉容器中充入1mol CO₂，2mol H₂，1.5mol CH₃OH和1mol H₂O（g），計算此時濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進行的方向．

解答 解：（1）起始?xì)錃鉂舛萩=$\frac{3mol}{1L}$=3mol/L，圖象得到甲醇濃度變化為0.75mol/L，化學(xué)方程式計算，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），氫氣消耗濃度0.75mol/L×3=2.25mol/L，則平衡濃度=3mol/L-2.25mol/L=0.75mol•L^-1，
故答案為：0.75mol•L^-1；
（2）若改變條件使平衡向正反應(yīng)方向移動，若是濃度變化，平衡常數(shù)不變，若是溫度變化，降低溫度平衡正向進行，平衡常數(shù)增大，故平衡常數(shù)可能增大，故選ac，
故答案為：ac；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
A．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，恒溫、恒容時，容器內(nèi)的壓強不再變化說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量和氣體物質(zhì)的量不變，恒溫、恒容時，容器內(nèi)混合氣體的密度始終不變化，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．一定條件下，CO₂、H₂和CH₃OH的濃度保持不變是平衡標(biāo)志，故C正確；
D．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗3mol H₂的同時生成1mol CH₃OH只能說明反應(yīng)正向進行，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：AC；
（4）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，在其他條件不變的情況下，將體系體積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，物質(zhì)濃度增大，平衡正向進行，
a．體積縮小濃度增大，氫氣的濃度增大，故a錯誤；
b．體積縮小壓強增大，正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率也增大，故b正確；
c．將體系體積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，物質(zhì)濃度增大，平衡正向進行，甲醇的物質(zhì)的量增加，故c正確；
d．將體系體積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，物質(zhì)濃度增大，平衡正向進行，重新平衡時n（H₂）/n（CH₃OH）減小，故d錯誤；
故答案為：bc；
（5）現(xiàn)向體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，反應(yīng)過程中測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間的變化如圖所示，
                          CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 1               3                 0                   0
變化量（mol/L） 0.75           2.25           0.75               0.75
平衡量（mol/L） 0.25         0.75             0.75                0.75
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
若開始時向該1L密閉容器中充入1mol CO₂，2mol H₂，1.5mol CH₃OH和1mol H₂O（g），Qc=$\frac{1×1.5}{1×{2}^{3}}$=$\frac{3}{16}$＜K=$\frac{16}{3}$，反應(yīng)正向進行，
故答案為：$\frac{16}{3}$； 正．

點評 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的計算及影響因素、蓋斯定律的應(yīng)用、平衡常數(shù)計算等，掌握化學(xué)平衡移動原理和化學(xué)平衡的計算是解題關(guān)鍵，題目難度中等．