Question

5．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）+49.0kJ；某科學(xué)實(shí)驗(yàn)將6mol CO₂和8mol H₂充入一容積為2L的密閉容器中，測得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中實(shí)線所示（圖中字母后的數(shù)字表示對應(yīng)的坐標(biāo)）：回答下列問題：
（1）由圖分析，在下列時(shí)間段內(nèi)反應(yīng)速率最快的時(shí)間段是a（填答案編號）．
a．0～1min     b．1～3min    c．3～8min    d．8～11min
（2）該反應(yīng)在0～8min內(nèi)CO₂的平均反應(yīng)速率是0.125mol/（L•min）．
（3）僅改變某一條件再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測得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改變的條件可能是升高溫度，曲線Ⅱ改變的條件可能是增大壓強(qiáng)．
若實(shí)線對應(yīng)條件下平衡常數(shù)為K，曲線Ⅰ對應(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K₁＜K₂=K．
（4）下列表述能表示該反應(yīng)已達(dá)平衡的是a、c（填答案編號）．
a．容器內(nèi)壓強(qiáng)不再改變                 b．容器內(nèi)氣體的密度不再改變
c．容器內(nèi)氣體平均摩爾質(zhì)量不再改變     d．容器內(nèi)各物質(zhì)的物質(zhì)的量相等．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$判斷反應(yīng)速率大��；
（2）圖象分析計(jì)算氫氣在0-8min內(nèi)的反應(yīng)速率，化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比計(jì)算二氧化碳的反應(yīng)速率；
（3）升高溫度和增大壓強(qiáng)都能增大反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間，但升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，增大壓強(qiáng)平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，該反應(yīng)中溫度越高，平衡常數(shù)越��；
（4）當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不發(fā)生變化．

解答 解：（1）根據(jù)圖象知，a．0～1min內(nèi)氫氣的平均反應(yīng)速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{8-6}{2×1}$mol/（L•min）=1mol/（L•min）．
b．1～3min內(nèi)氫氣的平均反應(yīng)速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{6-3}{2}}{2}$mol/（L•min）=0.75mol/（L．min），
c．3～8min內(nèi)氫氣的平均反應(yīng)速率v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{3-2}{2}}{5}$mol/（L•min）=0.1mol/（L．min），
d．8～11min時(shí)該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，氫氣的物質(zhì)的量變化量為0，
所以反應(yīng)速率最大的是a，故選a；
故答案為：a；
（2）圖象分析計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率，速率之比等于關(guān)系方程式計(jì)量數(shù)之比計(jì)算該反應(yīng)在0～8min內(nèi)CO₂的平均反應(yīng)速率，V（H₂）$\frac{\frac{8mol-2mol}{2L}}{8min}$=0.375mol/L•min，
則CO₂的平均反應(yīng)速率V（CO₂）=$\frac{1}{3}$V（H₂）=$\frac{1}{3}$×0.375mol/L•min=0.125mol/L•min，
故答案為：0.125；
（3）該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，改變條件I，反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間縮短，則反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的物質(zhì)的量大于原平衡狀態(tài)，說明改變條件I平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以該條件是升高溫度；
改變條件II，反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間縮短，則反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的物質(zhì)的量小于原平衡狀態(tài)，說明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則該條件是增大壓強(qiáng)，
升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，且平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以K₁＜K₂=K，故答案為：K，故答案為：升高溫度；增大壓強(qiáng)；K₁＜K₂=K；
故答案為：升高溫度；增大壓強(qiáng)，K₁＜K₂=K；
（4）a．該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，當(dāng)容器內(nèi)壓強(qiáng)不再改變時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．該容器的容積不變，氣體的質(zhì)量不變，所以容器內(nèi)氣體的密度始終不變，所以不能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；
c．該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，容器內(nèi)氣體平均摩爾質(zhì)量不再改變，故c確；
d．當(dāng)容器內(nèi)各物質(zhì)的物質(zhì)的量相等時(shí)該反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，這與反應(yīng)物的物質(zhì)的量及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故d錯(cuò)誤；
故答案為：ac．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率或平衡的圖象和熱化學(xué)反應(yīng)方程式，考查計(jì)算反應(yīng)速率的大小及化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，注意把握對題目圖象的分析，題目較為綜合，具有一定難度．