Question

過度排放CO₂會造成“溫室效應”，科學家正在研究如何將CO₂轉化為可利用的
資源。目前工業上有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇。為探究反應原理，現進行如下實驗，
在1 L固定體積的密閉容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，一定條件下發生反應：CO₂(g)+3H₂(g)
CH₃OH(g)+H₂O(g)   ΔH>0，經測得CO₂和CH₃OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。

(1)從反應開始到平衡，CO₂的平均反應速率v(CO₂)=                    ；
(2)該反應的平衡常數表達式K=                      ；
(3)能判斷該反應是否達到化學平衡狀態的依據是      （多選扣分）；
a．容器中壓強不變                  b．v正(H₂)＝v逆(H₂O)
c．混合氣體中c(H₂O)不變        d．c(CO₂)＝c(CH₃OH)
(4)下列措施中能使化學平衡向正反應方向移動的是       （填字母）。
a．升高溫度                   b．將CH₃OH(g)及時液化抽出
c．選擇高效催化劑             d．再充入H₂O(g)

Answer 1

（1）0.075mol/(L·min)            （2） K= [CH₃OH][H₂O]/[CO₂][H₂]³ 
（3）ac（漏選得1分，錯選、多選不得分）   （4）ab（漏選得1分，錯選、多選不得分）

試題分析：（1）根據圖像可知，平衡時CO₂的濃度是0.25mol/L，則消耗CO₂的濃度是1.00mol/L－0.25mol/L＝0.75mol/L，所以到平衡時CO₂的反應速率是0.75mol/L÷10min＝0.075mol/(L·min)。
（2）化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據反應的化學方程式可知，該反應的平衡常數表達式是K＝[CH₃OH][H₂O]/[CO₂][H₂]³。
（3）在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態，所以選項c正確。該反應是體積減小的，所以壓強也是減小的，因此當壓強不再發生變化時，可以說明反應已經達到平衡狀態，a正確；b中反應速率的方向相反，但不滿足速率之比是相應的化學計量數之比，不正確。平衡時濃度不再發生變化，但物質之間的濃度不一定相等或滿足某種關系，因此選項d不正確，所以答案選ac。
（4）正方應是吸熱反應，所以升高溫度平衡向正反應方向移動，a正確；將CH₃OH(g)及時液化抽出，相當于降低生成物濃度，平衡向正反應方向移動，b正確；催化劑不能改變平衡狀態，c不正確；再充入H₂O(g)，增大生成物濃度，平衡向逆反應方向移動，d不正確，答案選ab。
點評：本題是一道化學平衡常數與化學平衡移動以及化學反應速率計算的一道綜合題，注重了對高考常考查知識的點的訓練，屬于中等難度的試題，有助于培養學生的邏輯推理能力，提高學生分析問題、解決問題的能力。