Question

【題目】為探究用CO2來生產燃料甲醇的反應原理，現進行如下實驗：在體積為1 L的密閉容器中，充入1 mol CO2和3 molH2，一定條件下發生反應：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol－1，T溫度下，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如下圖。請回答下列問題：

(1) 達平衡時，氫氣的平衡濃度為C(H2)＝ 。

(2) 能夠說明該反應已達到平衡的是 (填字母序號，下同)。

A．恒溫、恒容時，容器內的壓強不再變化

B．恒溫、恒容時，容器內混合氣體的密度不再變化

C．一定條件下，CO、H2和CH3OH的濃度保持不變

D．一定條件下，單位時間內消耗3 mol H2的同時生成1 mol CH3OH

(3)下列措施中能使平衡混合物中增大的是______________。

A．加入催化劑 B．充入He(g)，使體系壓強增大

C．將H2O(g)從體系中分離 D．降低溫度

(4) 求此溫度(T)下該反應的平衡常數K ＝ 。若開始時向該1 L密閉容器中充入1 mol CO2，2molH2，1.5mol CH3OH和1 mol H2O(g)，則反應向 （填“正”或“逆”）反應方向進行。

Answer 1

【答案】（1）0.75mol/L；(2)AC；(3)CD；(4)5.33或，正。

【解析】

試題分析：（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CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O可知，氫氣的濃度變化為0.75mol/L×3=2.25mol/L，氫氣的平衡濃度為c(H2)= 3mol/L-2.25mol/L=0.75mol/L。

（2）A．該反應為左右氣體系數和不相等的可逆反應，壓強隨著反應的進行不斷變化，恒溫、恒容時，容器內的壓強不再變化說明反應達到平衡狀態，正確；B．在恒溫、恒容、密閉容器中，根據密度=m÷V，密度始終不變，容器內混合氣體的密度不能作為反應達到平衡的判據，錯誤；C．一定條件下，CO、H2和CH3OH的濃度保持不變，說明反應達到平衡狀態，正確；D．一定條件下，單位時間內消耗3 mol H2的同時生成1 mol CH3OH，表述的都是正反應速率，錯誤；答案選AC。

（3）使n（CH3OH）/n（CO2）增大，采取的措施應能使平衡向正反應移動，但不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，A. 使用催化劑，平衡不移動，n（CH3OH）/n（CO2）不變，錯誤；B.充入He（g），使體系壓強增大，容器的容積不變，反應混合物的濃度不變，平衡不移動，n（CH3OH）/n（CO2）不變，錯誤；C.將H2O（g）從體系中分離，平衡向正反應移動，n（CH3OH）/n（CO2）增大，正確；D.該反應正反應是放熱反應，降低溫度，平衡向逆反應移動，n（CH3OH）/n（CO2）增大，正確；答案選CD。

（4）由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，則：

CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)

開始（mol/L）：1 3 0 0

變化（mol/L）：0.75 2.25 0.75 0.75

平衡（mol/L）：0.25 0.75 0.75 0.75

該溫度下平衡常數K=（0.75×0.75）÷（0.25×0.753）=5.33；

Q=（1.5×1）÷（1×23）=0.19<K，所以反應向正反應方向進行。