Question

【題目】如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用CO2引起了全世界的普遍重視。目前工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。為探究該反應(yīng)原理，進行如下實驗：在容積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2。在500℃下發(fā)生發(fā)應(yīng)，CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）。實驗測得CO2和CH3OH（g）的物質(zhì)的量（n）隨時間變化如下圖1所示：

（1）從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H2）＝________。

（2）500℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_____（結(jié)果保留一位小數(shù)），圖2是改變溫度時化學反應(yīng)速率隨時間變化的示意圖，若提高溫度到800℃進行，達平衡時，K值_____（填“增大”“減小”或“不變”）。

（3）下列措施中不能使CO2的轉(zhuǎn)化率增大的是_______。

A 在原容器中再充入1mol H2 B 在原容器中再充入1molCO2

C 縮小容器的容積 D 使用更有效的催化劑 E 將水蒸氣從體系中分離出

（4）500℃條件下，測得某時刻，CO2（g）、H2（g）、CH3OH（g）和H2O（g）的濃度均為0.5mol/L，則此時v（正）____ v（逆）（填“＞”“＜”或“=”）。

Answer 1

【答案】0.225mol/（L·min） 5.3 減小 BD ＞

【解析】

(1)由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量3倍為2.25mol/L，v=，據(jù)此計算；

(2)平衡常數(shù)等于生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比值；升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小；

(3)要提高CO2的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，根據(jù)平衡移動原理結(jié)合選項判斷；

(4)依據(jù)計算濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進行方向。

(1)由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量的3倍，則氫氣的濃度變化量為：0.75mol/L×3=2.25mol/L，則v(H2)==0.225mol/(Lmin)；

(2)由(1)可知平衡時各組分的濃度c(CO2)=0.25mol/L，c(CH3OH)=c(H2O)=0.75mol/L，則c(H2)=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，所以K===5.3，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小；

(3)A．在原容器中再充入1mol H2，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，故A不選；B．在原容器中再充入1molCO2，CO2的轉(zhuǎn)化率反而減小，故B選；C．縮小容器的容積即增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，故C不選；D．使用更有效的催化劑，平衡不移動，CO2的轉(zhuǎn)化率不變，故D選；E．將水蒸氣從體系中分離出，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，故E不選；故答案為BD；

(4)500℃條件下，測得某時刻，CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)和H2O(g)的濃度均為0.5mol/L，濃度商Q===4＜K=5.33，說明反應(yīng)正向進行v正＞v逆。