Question

【題目】二氧化碳的捕集、利用與封存(CCUS)是我國能源領域的一個重要戰略方向。CO2可轉化成有機物實現碳循環。在 2 L 的恒溫恒容密閉容器中，充入 2molCO2 和 6molH2，一定條件下發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，測得 CO2 和 CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖：

(1)從 3 min 到 15min，υ(H2)=____molL－1min－1；

(2)能說明上述反應達到平衡狀態的是_____填編號)。

A. 反應中 CO2 與 CH3OH 的物質的量濃度之比為 1∶1(即圖中交叉點)

B. 混合氣體的壓強不隨時間的變化而變化

C. 單位時間內生成 1mol H2，同時生成 1mol CH3OH

D. 混合氣體的平均密度不隨時間的變化而變化

(3)平衡時 CO2 的轉化率為 _____。

(4)平衡混合氣體中 CO2(g)和 H2(g)的物質的量之比是 ______。

(5)第 3 分鐘時υ正(CH3OH)______第 15 分鐘時υ逆(CH3OH)(填“＞”、“＜” “=”)。

Answer 1

【答案】0.0625 B 75% 1:3 ＞

【解析】

(1)根據計算；

(2)反應達到平衡時任何物質的物質的量、濃度、含量等保持不變，據此判斷；

(3)根據計算；

(4)根據加入的反應物的物質的量及物質反應轉化關系判斷平衡時兩種氣體的物質的量關系；

(5)根據平衡建立過程中正逆反應速率的變化判斷。

(1)根據圖示可知：從3 min到15 min，CO2的濃度從0.5 mol/L變為0.25 mol/L，c(CO2)=(0.50.25)mol/L=0.25mol/L，則c(H2)= 0.25mol/L×3=0.75 mol/L，故用H2濃度變化表示的反應速率；

(2)反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)在2 L的恒容密閉容器中進行，正反應是氣體體積減小的反應，

A. 反應中CO2與CH3OH的物質的量濃度之比為1∶1(即圖中交叉點)，由于CO2與CH3OH的濃度還在發生變化，說明反應未達到平衡，故A不符合題意；

B. 該反應在恒容密閉容器中進行，且該反應正反應是氣體體積減小的反應，若混合氣體的壓強不隨時間的變化而變化，說明氣體的物質的量不變，反應達到平衡狀態，故B符合題意；

C. 單位時間內生成1 mol H2，就會消耗mol CH3OH，同時生成1 mol CH3OH，說明反應正向進行，未達到平衡狀態，故C不符合題意；

D. 該反應在恒容密閉容器中進行，且氣體的總質量不變，則混合氣體的平均密度始終不變，故混合氣體的平均密度不隨時間的變化而變化不能說明反應達到平衡狀態，故D不符合題意；故答案為：B；

(3)根據圖象可知：在反應開始時CO2濃度是1.00 mol/L，平衡時濃度為0.25 mol/L，所以CO2的平衡轉化率=；

(4)反應開始時加入2 mol CO2和6 mol H2，根據方程式CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可知：CO2和H2反應消耗的物質的量之比是1：3，因此平衡時CO2(g)和H2(g)的物質的量之比也是1：3；

(5)該反應從正反應方向開始，隨著反應的進行，正反應速率逐漸減小，逆反應速率逐漸增大，當到第15 分鐘時反應達到平衡，此時υ正(CH3OH)=υ逆(CH3OH)，因此第3 分鐘時υ正(CH3OH)＞第15 分鐘時υ逆(CH3OH)。