Question

【題目】I. 工業上有一種用CO2來生產甲醇燃料的方法：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=－49.0kJmol-1

將6mol CO2和8mol H2充入2 L的密閉容器中，測得H2的物質的量隨時間變化如下圖所示(實線)。

（1）b點正反應速率 ___________(填“大于”“等于”或“小于”)逆反應速率。

（2）僅改變某一實驗條件再進行兩次實驗測得H2的物質的量隨時間變化如圖中所示（虛線）。曲線I對應的實驗條件改變是______________， 體積不變再充入3mol CO2和4mol H2，達到新的平衡時，CH3OH (g)的體積分數 ___________（填“增大”“不變”或“減小”）。

（3）若將1mol CO2和3mol H2充入該容器中，充分反應達到平衡后，若CO2轉化率為a，假設溫度不變， 則容器內的壓強與起始壓強之比為 _________________（用a表示）。

Ⅱ. 工業上還可在恒容密閉容器中采用下列反應合成甲醇：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） ΔH

（4）在一定溫度下，若將4amol H2和2amol CO放入2L的密閉容器中，充分反應后測得CO的轉化率為50％，則該反應的平衡常數為_____________。若此時再向該容器中投入amol CO、2amol H2和amol CH3OH，判斷平衡移動的方向是__________（“正向移動”“逆向移動”或“不移動”）。

Answer 1

【答案】大于 升高溫度 增大 （2-a）: 2 1/a2 正向移動

【解析】

I．（1）a點反應正向進行，未達到平衡狀態，所以正反應速率大于逆反應速率，故答案為：大于；0.5；

（2）曲線I反應速率增大，但轉化的氫氣的物質的量少，應是升高溫度，因該反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，不利于氫氣的轉化，故曲線I是升高溫度；體積不變再充入3molCO2和4mol H2，容器內壓強增大，平衡與原平衡相比較，應該正向移動，所以H2O（g）的體積分數增大，故答案為：升高溫度；增大；

（3）將1mol CO2和3mol H2充入該容器中，充分反應達到平衡后，若CO2轉化率為a，根據題意建立如下三段式：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

初始物質的量：1 3 0 0

變化物質的量：a 3a a a

平衡物質的量：（1—a）(3—3a) a a

初始總物質的量n1=4amol，平衡總物質的量n2=(4—2a) mol，由容器內的壓強與起始壓強之比等于物質的量比，可得P2：P1= n2：n1=(4—2a) mol ：4amol=（2-a）: 2，故答案為：（2-a）: 2；

Ⅱ.反應開始時c（H2）=2amol/L、c（CO）=amol/L，充分反應后測得CO的轉化率為50%，則參加反應的c（CO）=amol/L×50%=0.5amol/L，則參加反應的c（CO）=amol/L×50%=0.5amol/L，據此建立三段式如下：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

開始（mol/L） a 2a 0

反應（mol/L）0.5a a 0.5a

平衡（mol/L）0.5a a 0.5a

化學平衡常數K=c(CH3OH)/c(CO)c2(H2)= 0.5a/(0.5a×a2)=1/a2,故答案為：1/a2；

若此時再向該容器中投入amolCO、2amolH2和amolCH3OH，各物質濃度為c（CO）=0.5amol/L

+0.5amol/L=amol/L、c（H2）=amol/L+amol/L=2amol/L、c（CH3OH）=0.5amol/L+0.5amol/L

=amol/L，濃度商Q= c(CH3OH)/c(CO)c2(H2)= a/a×（2a) 2=1/4a2<1/a2, ，所以平衡正向移動，平衡時CO濃度增大，故答案為：正向移動。