Question

5．為探究用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇的反應原理，現(xiàn)進行如下實驗：在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3molH₂，一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，T溫度下，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖．請回答下列問題：
①達平衡時，氫氣的平衡濃度為c （H₂）=0.75mol/L．
②能夠說明該反應已達到平衡的是AC（填字母序號，下同）．
A．恒溫、恒容時，容器內(nèi)的壓強不再變化
B．恒溫、恒容時，容器內(nèi)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(nèi)消耗3mol H₂的同時生成1mol CH₃OH
③下列措施中能使平衡混合物中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是CD．
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(shù)K=$\frac{16}{3}$．若開始時向該1L密閉容器中充入1mol CO₂，2molH₂，1.5mol CH₃OH和1mol H₂O（g），則反應向正（填“正”或“逆”）反應方向進行．

Answer 1

分析 ①由圖可知，二氧化碳的濃度變化量為0.75mol/L，結合反應可知消耗H₂；
②結合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判斷；
③能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$減小，使平衡正向移動；
④K為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，結合平衡濃度計算K，結合Qc與K判定平衡移動的方向．

解答 解：①由圖可知，二氧化碳的濃度變化量為0.75mol/L，消耗c（H₂）=0.75mol/L×3=2.25mol．L，H₂的平衡濃度為3mol/L-2.25mol/L=0.75mol/L，
故答案為：0.75mol/L；
②A．容器內(nèi)壓強不再變化，可知物質(zhì)的量不變，為平衡狀態(tài)，故A正確；
B．質(zhì)量、體積始終不變，則，密度始終不變，不能判斷平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．濃度保持不變，為平衡狀態(tài)，故C正確；
D．單位時間內(nèi)消耗3mol H₂的同時生成1mol CH₃OH，只體現(xiàn)正反應速率，不能確定正逆反應速率關系，不能判斷平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：AC；　
③A．加入催化劑，平衡不移動，$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$不變，故A不選；              
B．充入He（g），使體系壓強增大，平衡不移動，$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$不變，故B不選；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡正向移動，能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$減小，故C選；    
D．降低溫度，平衡正向移動，能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$減小，故D選；
故答案為：CD；
④CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的K=$\frac{c（{C}_{3}HOH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
         CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始   1                3                  0                 0
轉化 0.75          2.25                0.75            0.75
平衡 0.25          0.75               0.75              0.75
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×（0.75）^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
若開始時向該1L密閉容器中充入1mol CO₂，2molH₂，1.5mol CH₃OH和1mol H₂O（g），
Qc=$\frac{1×1.5}{1×{2}^{3}}$=0.1875＜$\frac{16}{3}$，平衡正向移動，
故答案為：$\frac{16}{3}$；正．

點評 本題考查化學平衡計算及圖象，為高頻考點，把握圖中濃度變化、平衡判定、化學平衡常數(shù)K的計算為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，注意圖象分析與應用，題目難度不大．