Question

已知CO₂可以生產綠色燃料甲醇。CO₂(g) ＋ 3H₂(g) CH₃OH(g)  +  H₂O(g) ΔH＝－187.4 kJ/mol。300⁰C時的恒容密閉容器中，當C(CO₂) = 1.00 mol.L^-1 C(H₂) =" 1.60" mol.L^-1開始反應，結果如右圖所示，回答下列問題：
(1)使用催化劑I時，反應在10小時內的平均反應速率：V(H₂)= ______mol.(L.h)^-1。

(2)下列敘述正確的是______。（雙選）
A.當容器內氣體的密度不再改變時，反應不一定達到平衡狀態
B.充入氬氣増大壓強有利于提髙CO₂的轉化率
C.CO₂平衡轉化率：在上述反應條件下，催化劑II比催化劑I高
D.催化效率：在上述反應條件下，催化劑II比催化劑I高
(3)根椐圖中數據，計算此反應在300⁰C時的平衡常數。（寫出計箅過程）
(4)將上述平衡體系升溫至400°C, 平衡常數_：K(400⁰C) ______ K(300⁰C) (填<、=或> )。
(5)其它條件不變，若上述反應在催化劑Ⅱ，400°C下達到平衡，請在上圖畫出CO₂轉化率隨時間變化圖。

Answer 1

（16分）(1) 0.054 （3分）(2)  A D  （4分）
(3)  K="0.050" （L/mol）² （4分）  (4)  <  （2分）   (5) （3分）

試題分析：（1）根據圖像可知，使用催化劑 I時，反應在10小時時CO₂的轉化率是0.18，則消耗CO₂的物質的量濃度是0.18×1.00mol/L＝0.18mol/L，則根據方程式可知，消耗氫氣的物質的量是0.18mol/L×3＝0.54mol/L，所以氫氣的反應速率是0.54mol/L÷10h＝0.054mol/(L·h)。
(2) 密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，因此密度始終是不變的，則A正確；充入氬氣増大壓強，但物質的濃度不變，平衡不移動，則CO₂的轉化率不變，B不正確；催化劑只能改變反應速率，不能改變平衡狀態，則轉化率是不變的，C不正確；根據圖像可知，在催化劑Ⅱ時反應速率快，達到平衡的時間少，催化效率高，D正確，答案選AD。
（3）             CO₂(g) ＋ 3H₂(g) CH₃OH(g)  +  H₂O(g)
起始濃度（mol/L）        1.00      1.60         0           0
轉化濃度（mol/L）        0.20      0.60         0.20        0.20
平衡濃度（mol/L）        0.80      1.00         0.20        0.20
所以平衡常數K＝
（4）該反應是放熱反應，則升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，則平衡常數_：K(400⁰C)＜K(300⁰C)。
（5）升高溫度，反應速率加快，達到平衡的時間減少，但CO₂的轉化率降低，所以圖像是
點評：該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題。試題貼近高考，綜合性強，在注重對學生基礎知識鞏固與訓練的同時，側重對學生能力的培養與解題方法的指導和訓練，旨在考查學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力，有利于培養學生的邏輯推理能力和規范答題能力，有助于提升學生的學科素養。