Question

8．科學(xué)家為實(shí)現(xiàn)“低碳”構(gòu)想，把空氣中的CO₂轉(zhuǎn)化為可再生能源甲醇（CH₃OH）．該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
（1）若在一個(gè)定溫定容的容器中發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是BC．（填編號）
A．H₂O（g）和CH₃OH（g）的濃度相等
B．H₂的百分含量保持不變
C．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
D．v （H₂）=3v （H₂O）
E．容器中混合氣體的密度保持不變
（2）若將CO₂和H₂的混合氣體分成五等份，將它們分別充入溫度不同、容積相同的恒容容器中發(fā)生上述反應(yīng)．反應(yīng)相同時(shí)間后，測得甲醇的體積分?jǐn)?shù)Φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系如圖1，則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$，升高溫度該平衡常數(shù)減小
（填“增大”、“減小”、“不變”）
（3）300℃時(shí)，將CO₂與H₂按1：3的體積比充入某密閉容器中，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強(qiáng)（P）的關(guān)系如圖2所示．回答下列問題：
①若其他條件不變，將A點(diǎn)的體積壓縮至原來的一半，一段時(shí)間后反應(yīng)再次達(dá)到平衡，與原平衡相比較下列說法正確的是CD．（填編號）
A．CO₂的濃度減小
B．正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率減小
C．CO₂和H₂的體積比仍然是1：3
D．H₂的體積分?jǐn)?shù)減小
②A點(diǎn)平衡混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為20.8g/mol（保留一位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，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(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（2）平衡常數(shù)表達(dá)式為生成物濃度的冪次方之積比上反應(yīng)物濃度的冪次方之積；由圖可知，到達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行；
（3）①A．體積壓縮，反應(yīng)混合物各組分濃度均增大；
B．體積壓縮，壓強(qiáng)增大，正、逆反應(yīng)速率都增大；
C．CO和H₂按1：3的體積比投入，且二者按物質(zhì)的量1：3反應(yīng)，反應(yīng)體系中CO₂和H₂的體積比始終為1：3；
D．壓縮體積，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，H₂的體積分?jǐn)?shù)減小；
②由CO₂與H₂按1：3的體積比，設(shè)二氧化碳的物質(zhì)的量為1mol，則氫氣的物質(zhì)的量為3mol，而平衡時(shí)CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率80%，根據(jù)三行式分析解答．

解答 解：（1）A．CO₂和CH₃OH的濃度相等，并不是不變，所以不能說明達(dá)平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；       
 B．H₂的百分含量保持不變，說明各物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
C．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，說明氣體的總物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；            
D．達(dá)平衡時(shí)應(yīng)有：v_正（H₂）=3v_逆（H₂O），故錯(cuò)誤；
E．容器中混合氣體的密度一直保持不變，故錯(cuò)誤；
故選：BC；
（2）平衡常數(shù)表達(dá)式為生成物濃度的冪次方之積比上反應(yīng)物濃度的冪次方之積，則CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)的表達(dá)式為：K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；由圖可知最高點(diǎn)反應(yīng)到達(dá)平衡，達(dá)平衡后，溫度越高，φ（CH₃OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，則平衡常數(shù)減小，
故答案為：K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；減小；
（3）①A．體積壓縮，反應(yīng)混合物各組分濃度均增大，故A錯(cuò)誤；
B．體積壓縮，壓強(qiáng)增大，正、逆反應(yīng)速率都增大，故B錯(cuò)誤；
C．CO和H₂按1：3的體積比投入，且二者按物質(zhì)的量1：3反應(yīng)，反應(yīng)體系中CO₂和H₂的體積比始終為1：3，故C正確；
D．壓縮體積，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，H₂的體積分?jǐn)?shù)減小，故D正確，
故選：CD；
②由CO₂與H₂按1：3的體積比，設(shè)二氧化碳的物質(zhì)的量為1mol，則氫氣的物質(zhì)的量為3mol，而平衡時(shí)CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率80%，
          CO₂（g）+3H₂（g）→CH₃OH（g）+H₂O（g）
初起量：1mol     3mol             0                    0
變化量：0.8mol   2.4mol        0.8mol       0.8mol   
平衡量：0.2mol   0.6mol       0.8mol       0.8mol   
所以B點(diǎn)平衡混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為$\frac{44+6}{0.2+0.6+0.8+0.8}$=20.8g/mol，
故答案為：20.8g/mol．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡狀態(tài)、化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素等知識點(diǎn)，難度中等，注意三行式在化學(xué)平衡計(jì)算中的應(yīng)用．