Question

17．研究CO₂的利用對促進(jìn)低碳社會的構(gòu)建具有重要的意義．
（1）在一定體積的密閉容器中，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）
其化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度t的關(guān)系如表：

t/℃	700	800	830	1000	1200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

①該反應(yīng)正向反應(yīng)是吸熱反應(yīng)．（填“放熱”或“吸熱”）
②能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是BC．
A．容器壓強(qiáng)不變                       B．混合氣體中c（CO₂）不變
C．υ_正（H₂）=υ_逆（H₂O）                D．c（CO₂）=c（CO）
③當(dāng)其他條件不變時，若縮小容器的體積，該反應(yīng)平衡不移動．（選填“正向”、“逆向”或“不”）
（2）工業(yè)上合成甲醇可在密閉容器中采用如下反應(yīng)進(jìn)行：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$．
②某實驗將1molCO₂和3molH₂充入一定體積的密閉容器中，在兩種不同條件下發(fā)生反應(yīng)（只有一種條件不同）．測得CH₃OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示：

曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_Ⅰ＞K_Ⅱ（選填“＞”、“=”或“＜”）．
③一定溫度下，在容積2L且固定的兩個密閉容器中，按如下方式加入反應(yīng)物，一段時間后達(dá)到平衡．

容器	甲	乙
反應(yīng)物投入量	1molCO2、3molH2	a molCO2、b molH2、 c molCH3OH（g）、c molH2O（g）

經(jīng)測定甲容器經(jīng)過5min達(dá)到平衡，平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%，甲容器中該反應(yīng)在5min內(nèi)的平均速率υ（H₂）=0.15mol•L^-1•min^-1．
要使平衡后乙容器與甲容器中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則c的取值范圍為0.5＜n（c）＜1．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越大，說明平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，根據(jù)溫度對平衡移動的影響判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)；
②根據(jù)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組成成分的含量不變，結(jié)合反應(yīng)方程式的特點(diǎn)進(jìn)行判斷；
③該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，縮小容器體積相當(dāng)于加壓，壓強(qiáng)對該反應(yīng)的平衡移動沒有影響；
（2）①依據(jù)化學(xué)平衡的平衡常數(shù)概念計算列式，平衡常數(shù)是用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積；
②依據(jù)圖象分析可知先拐先平，溫度高，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡逆向進(jìn)行；
③根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算反應(yīng)速率，根據(jù)平衡三部曲求出甲中平衡時各氣體的物質(zhì)的量，然后根據(jù)平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時維持反應(yīng)逆向進(jìn)行來判斷范圍．

解答 解：（1）①根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越大，說明平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
故答案為：吸熱；
②該反應(yīng)為氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，
A．容器壓強(qiáng)不變，不能說明反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)；                      
B．混合氣體中c（CO₂）不變，則說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；
C．υ_正（H₂）=υ_逆（H₂O）說明正逆反應(yīng)速率相等，所以反應(yīng) 處于平衡狀態(tài)；               
D．c（CO₂）=c（CO）不能說明正逆反應(yīng)速率相等，所以不能說明反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)； 
故選BC；
③該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，縮小容器體積相當(dāng)于加壓，壓強(qiáng)對該反應(yīng)的平衡移動沒有影響，所以平衡不移動，
故答案為：不；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）反應(yīng)的平衡常數(shù)為：$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
②圖象分析可知先拐先平，Ⅱ溫度高，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，所以K₁＞K₂，
故答案為：＞；
③平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%，利用三段式分析，
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始量（mol）：1        3           0          0
轉(zhuǎn)化量（mol）：0.5      1.5         0.5        0.5   
平衡量（mol）：0.5      1.5         0.5        0.5
所以5min內(nèi)的平均速率υ（H₂）=$\frac{\frac{1.5mol}{2L}}{5min}$=0.15mol•L^-1•min^-1，
依題意：甲、乙為等同平衡，且起始時維持反應(yīng)逆向進(jìn)行，所以全部由生成物投料，c的物質(zhì)的量為1mol，c 的物質(zhì)的量不能低于平衡時的物質(zhì)的量0.5mol，所以c的物質(zhì)的量為：0.5＜n（c）＜1mol，
故答案為：0.15；0.5＜n（c）＜1．

點(diǎn)評 本題考查涉及知識點(diǎn)較多，涉及平衡常數(shù)的計算、平衡狀態(tài)的判斷以及外界條件對平衡移動的影響等問題，題目難度中等，本題注意把握計算方法以及平衡常數(shù)的運(yùn)用．