Question

7．固定和利用CO₂能有效地利用資源，并減少空氣中的溫室氣體．工業(yè)上有一種用CO₂來生產(chǎn)甲醇燃料的方法：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
某科學(xué)實驗將6molCO₂和8molH₂充入2L的密閉容器中，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示（實線）．

（1）a點正反應(yīng)速率大于（填大于、等于或小于）逆反應(yīng)速率．
（2）下列時間段平均反應(yīng)速率最小的是D．
A．0～1min     B．1～3min     C．3～8min     D．8～11min
（3）求平衡時氫氣的轉(zhuǎn)化率和該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K．（寫出計算過程）
（4）僅改變某一實驗條件再進(jìn)行兩次實驗，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中虛線所示，曲線I對應(yīng)的實驗條件改變是升高溫度，曲線II對應(yīng)的實驗條件改變是增大壓強(qiáng)．判斷的理由是Ⅱ中反應(yīng)速率增大，平衡時氫氣物質(zhì)的量減少，說明平衡正移，該反應(yīng)正方向為氣體分子數(shù)目減少，因此改變的條件為增大壓強(qiáng)．

Answer 1

分析 （1）a點時還沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，從反應(yīng)物的物質(zhì)的量的變化趨勢判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，依次判斷正逆反應(yīng)速率大��；
（2）根據(jù)曲線的斜率判斷，斜率越大，說明在單位時間內(nèi)反應(yīng)物的變化率越大，反應(yīng)速率越大，也可分別計算不同時間內(nèi)的反應(yīng)速率大小來進(jìn)行比較；
（3）利用三段式進(jìn)行計算；
（4）從虛線變化判斷達(dá)到平衡時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量來分析，曲線I反應(yīng)速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，應(yīng)是升高溫度，因該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動，曲線Ⅲ反應(yīng)速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，平衡正向移動，應(yīng)是增大壓強(qiáng)．

解答 解：（1）a點時還沒有達(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，
故答案為：大于；
（2）分別計算不同時間內(nèi)的反應(yīng)速率：0～1min內(nèi)，v（H₂）=$\frac{（8-6）mol}{2L×1min}$=1mol/（L•min）；1～3min內(nèi)，v（H₂）=$\frac{（6-3）mol}{2L×（3-1）min}$=0.75mol/（L•min）；3～8min內(nèi)，v（H₂）=$\frac{（3-1）mol}{2L×（8-3）min}$=0.1mol/（L•min）；8min后達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，正逆反應(yīng)速率相等，綜合速率為零；所以0～1min內(nèi)反應(yīng)速率最大，8～11min反應(yīng)速率最小，
故答案為：D；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始物質(zhì)的量/mol      6          8                0                  0
物質(zhì)的量變化/mol      2          6                2                 2
平衡物質(zhì)的量/mol      4          2                2                 2      
氫氣的轉(zhuǎn)化率為：$\frac{n（{H}_{2}）_{轉(zhuǎn)化}}{n（{H}_{2}）_{起始}}$=$\frac{6}{8}$=75%，K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{2mol}{2L}×\frac{2mol}{2L}}{\frac{4mol}{2L}×（\frac{2mol}{2L}）^{3}}$=0.5L²•mol^-2，
答：平衡時氫氣的轉(zhuǎn)化率為75%，該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.5L²•mol^-2；
（4）曲線I反應(yīng)速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，應(yīng)是升高溫度，因該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動，不利于氫氣的轉(zhuǎn)化，故曲線I是升高溫度；曲線Ⅲ反應(yīng)速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，因增大壓強(qiáng)平衡正向移動，故應(yīng)是增大壓強(qiáng)．
故答案為：升高溫度；增大壓強(qiáng)；Ⅱ中反應(yīng)速率增大，平衡時氫氣物質(zhì)的量減少，說明平衡正移，該反應(yīng)正方向為氣體分子數(shù)目減少，因此改變的條件為增大壓強(qiáng)．

點評 此題考查化學(xué)反應(yīng)速率或平衡的圖象和熱化學(xué)反應(yīng)方程式，考查計算反應(yīng)速率的大小比較以及反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的多少，注意把握對題目圖象的分析．題目較為綜合，具有一定難度．