Question

【題目】固定和利用CO2，能有效地利用資源，并減少空氣中的溫室氣體。工業(yè)上正在研究利用CO2來(lái)生產(chǎn)甲醇燃料的方法，該方法的化學(xué)方程式是：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H= -49.0 kJ/mol

某科學(xué)實(shí)驗(yàn)將6 mol CO2和8 mol H2充入一容積為2 L的密閉容器中（溫度保持不變），測(cè)得H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如右圖中實(shí)線所示（圖中字母后的數(shù)字表示對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)）：

回答下列問(wèn)題：

(1)該反應(yīng)在_____條件下能自發(fā)進(jìn)行（填編號(hào)）。

A.高溫 B.低溫 C.任何溫度

(2)該反應(yīng)在0～8 min內(nèi)CO2的平均反應(yīng)速率是_________mol/(Lmin)。

(3)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_______。

(4)僅改變某一條件再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中虛線所示。與實(shí)線相比，曲線Ⅰ改變的條件可能是__________，曲線Ⅱ改變的條件可能是_______________。

若實(shí)線對(duì)應(yīng)條件下平衡常數(shù)為K，曲線Ⅰ對(duì)應(yīng)條件下平衡常數(shù)為K1，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)條件下平衡常數(shù)為K2，則K、K1和K2的大小關(guān)系是______________。

(5)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡理論，聯(lián)系化工生產(chǎn)實(shí)際，你認(rèn)為下列說(shuō)法不正確的是

________。

A.化學(xué)反應(yīng)速率理論可指導(dǎo)怎樣在一定時(shí)間內(nèi)快出產(chǎn)品

B.有效碰撞理論可指導(dǎo)怎樣提高原料的轉(zhuǎn)化率

C.勒夏特列原理可指導(dǎo)怎樣使用有限原料多出產(chǎn)品

D.催化劑的使用是提高產(chǎn)率的有效方法

E.正確利用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)反應(yīng)限度都可以提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益

Answer 1

【答案】B 0.125 mol/(Lmin) 0.5 升高溫度 增大壓強(qiáng) K1＜K2=K BD

【解析】

(1)根據(jù)反應(yīng)的自由能△G=△H-T△S<0分析；

(2)先計(jì)算0～8 min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率，然后利用速率關(guān)系計(jì)算；

(3)根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義書(shū)寫(xiě)計(jì)算。

(4)虛線I達(dá)到平衡時(shí)間比實(shí)線短，且平衡時(shí)n(H2)物質(zhì)的量多；根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響因素分析。

根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，結(jié)合該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減小分析。

(5)根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響及定義分析判斷。

(1)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H= -49.0 kJ/mol若要自發(fā)進(jìn)行，△G=△H-T△S<0，由于△H<0，△S<0，要使△H-T△S<0，則反應(yīng)的溫度T<0，故合理選項(xiàng)是B。(2)根據(jù)圖示可知在0～8 min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率v(H2)=mol/(L·min)，根據(jù)方程式可知v(CO2)：v(H2)=1：3，所以v(CO2)=v(H2)=×mol/(L·min)=0.125 mol/(L·min)；

(3)在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，n(H2)=8mol，n(CO2)=6mol，達(dá)到平衡時(shí)n(H2)=2mol，反應(yīng)消耗了6mol，所以根據(jù)反應(yīng)方程式中物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知：CO2反應(yīng)消耗2mol，平衡時(shí)n(CO2) =4mol，n(CH3OH)=2mol，n(H2O)=2mol，容器的容積為2L，則各物質(zhì)的平衡濃度：c(H2)==1mol/L，c(CO2) =2mol/L，c(CH3OH)=c(H2O)=1mol/L，由于化學(xué)平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各種生成物濃度冪之積與各種反應(yīng)物濃度冪之積的比，所以該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==0.5；

(4)虛線I達(dá)到平衡時(shí)間比實(shí)線短，說(shuō)明反應(yīng)速率快，且平衡時(shí)n(H2)物質(zhì)的量多，說(shuō)明改變條件使平衡逆向移動(dòng)又可以提高反應(yīng)速率，可能是升高反應(yīng)溫度；

虛線II達(dá)到平衡時(shí)間比實(shí)線短，說(shuō)明反應(yīng)速率快，且平衡時(shí)n(H2)物質(zhì)的量減少，說(shuō)明改變條件使平衡正向移動(dòng)又可以提高反應(yīng)速率，可能是增大體系的壓強(qiáng)；

化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，由于I是升高溫度，該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減小，所以K1<K；反應(yīng)II是增大壓強(qiáng)，反應(yīng)溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，因此K2=K，所以化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系是K1＜K2=K；

(5)A.化學(xué)反應(yīng)速率是衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢程度的物理量，所以化學(xué)反應(yīng)速率理論可指導(dǎo)我們?cè)谝欢〞r(shí)間內(nèi)快出產(chǎn)品，多出產(chǎn)品，選項(xiàng)A正確；

B.能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞為有效碰撞，所以有效碰撞理論可指導(dǎo)怎樣使化學(xué)反應(yīng)速率加快，與如何提高原料的轉(zhuǎn)化率無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；

C.勒夏特列原理也就是化學(xué)平衡移動(dòng)原理，可指導(dǎo)怎樣使用有限原料多出產(chǎn)品，提高原料轉(zhuǎn)化率，選項(xiàng)C正確；

D.催化劑的使用可提高反應(yīng)速率，由于對(duì)正、逆反應(yīng)速率影響相同，因此不能提高產(chǎn)率，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；

E.正確利用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)反應(yīng)限度可以盡快達(dá)到化學(xué)平衡，使化學(xué)平衡向有利于生產(chǎn)產(chǎn)品的方向進(jìn)行，因此都可以達(dá)到提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目的，選項(xiàng)E正確；

答案選BD。