Question

（1）工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，在500℃下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）

催化劑

加熱加壓

CH₃OH（g）+H₂O（g），實(shí)驗(yàn)測得
CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如下圖1所示．
①圖2是改變溫度時(shí)H₂的化學(xué)反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的示意圖，則該反應(yīng)的正反應(yīng)是

 

（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)；

②從反應(yīng)開始到第三分鐘，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

 

mol?L^-1?min^-1；
③平衡時(shí)CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)為

 

．
（2）圖3中P是可自由平行滑動(dòng)的活塞，關(guān)閉K，在相同溫度時(shí)，向A容器中充入1.2molCH₃OH（g）和2.4molH₂O（g），向B容器中充入1.5molCH₃OH（g） 和3.0molH₂O（g），兩容器分別發(fā)生上述（1）中反應(yīng)的逆反應(yīng)．已知起始時(shí)容器A和B的體積均為aL，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器B的體積為1.4aL，容器B中CH₃OH轉(zhuǎn)化率為

 

；維持其他條件不變，若打開K一段時(shí)間后重新達(dá)到平衡，容器B的體積為

 

L．（連通管中氣體體積忽略不計(jì)，且不考慮溫度的影響）
（3）一定條件下的密閉容器中，反應(yīng)3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H＜0
達(dá)到平衡時(shí)，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

（填字母代號(hào)）
A．升溫   B．加壓   C．增加CO的濃度D．分離出二甲醚（CH₃OCH₃）       E．加入催化劑
（4）已知反應(yīng)2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）在某溫度下的平衡常數(shù)K=100．此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，反應(yīng)到某時(shí)刻測得各組分的濃度如下．下列說法正確的是

 

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c/mol L -1	0.9	0.60	0.60

A．CH₃OH的起始濃度為2.1mol/L 　      
B．平衡時(shí)CH₃OH的濃度為0.9mol/L
C．此時(shí)正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率　      
D．平衡時(shí)CH₃OH的轉(zhuǎn)化率小于80%

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素

專題：

分析：（1）①由圖2可知，正、逆反應(yīng)速率都增大，為升高溫度，且逆反應(yīng)速率增大更多，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，據(jù)此判斷；
②由圖可知，前3min時(shí)二氧化碳的濃度變化量為1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

算v（CO₂），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）；
③利用三段式計(jì)算出反應(yīng)混合物各組分的平衡時(shí)的濃度，計(jì)算的平衡濃度，轉(zhuǎn)化率，根據(jù)體積分?jǐn)?shù)的定義計(jì)算CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)；
（2）恒溫、恒壓條件下，氣體的體積之比等于其物質(zhì)的量之比，根據(jù)氣體的體積計(jì)算參加反應(yīng)的甲醇的物質(zhì)的量，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率公式計(jì)算轉(zhuǎn)化率；
打開K，AB組成的是恒溫恒壓容器，依據(jù)壓強(qiáng)變化和物質(zhì)的量變化成正比計(jì)算得到；
（3）一定條件下的密閉容器中，反應(yīng)3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H＜0，達(dá)到平衡時(shí)，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是使平衡正向進(jìn)行，結(jié)合化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析選項(xiàng)；
（4）設(shè)平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的濃度為x，則
       2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始：x               O          0
轉(zhuǎn)化：1.2            0.6       0.6         
某時(shí)刻：0.9             0.6       0.6
結(jié)合平衡常數(shù)概念和濃度積常數(shù)比較分析計(jì)算得到，以此解答該題．

解答： 解：（1）①由圖2可知，正、逆反應(yīng)速率都增大，為升高溫度，且逆反應(yīng)速率增大更多，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
②由圖可知，10min到達(dá)平衡時(shí)二氧化碳的濃度變化量為1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，所以v（CO₂）=

0.5mol/L

3min

=

0.5

3

mol/（L?min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CO₂）=3×

0.5

3

mol/（L?min）=0.5mol/（L?min），
故答案為：0.5mol/（L?min）；
③平衡時(shí)二氧化碳的濃度為0.25mol/L，則：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：1       3              0          0
變化（mol/L）：0.75    2.25           0.75       0.75
平衡（mol/L）：0.25    0.75           0.75       0.75
由計(jì)算可知，平衡時(shí)CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)ω=

0.75

0.25+0.75+0.75+0.75

×100%=30%，
故答案為：30%；
（2）B中是等壓條件下的反應(yīng)，等壓條件下，氣體的物質(zhì)的量之比等于其體積之比，反應(yīng)前氣體的物質(zhì)的量是3.6mol，則反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量=

1.4a

a

×3.6mol=5.04mol，根據(jù)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）知，參加反應(yīng)的n（CH₃OH）=

5.04mol-3.6mol

2

=0.72mol，則甲醇的轉(zhuǎn)化率=

0.72mol

1.2mol

×100%=60%；
打開K時(shí)，AB組成一個(gè)等溫等壓容器，相應(yīng)的起始投入總物質(zhì)的量與平衡的總體積成正比，設(shè)打開K重新達(dá)到平衡后總的體積為x，則x：（3.6+4.5）=1.4a：4.5，
求得x=2.52a，所以B的體積為2.52a-a=1.52a，
故答案為：60%；1.52a；
（3）一定條件下的密閉容器中，反應(yīng)3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H＜0
達(dá)到平衡時(shí)，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是
A．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，CO的轉(zhuǎn)化率減小，故A錯(cuò)誤；   
B．反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，加壓平衡正向減小，一氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故B正確；   
C．增加CO的濃度，一氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；
D．分離出二甲醚（CH₃OCH₃），平衡正向進(jìn)行，一氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；      
E．加入催化劑改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，一氧化碳轉(zhuǎn)化率不變，故E錯(cuò)誤；
故答案為：BD；
（4）設(shè)甲醇起始濃度為x，則
         2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始：x               O          0
轉(zhuǎn)化：1.2            0.6       0.6         
某時(shí)刻  0.9             0.6       0.6
A．CH₃OH的起始濃度為x=1.2mol/l+0.9mol/L=2.1mol/L，故A正確；　      
B．濃度商Q=

0.6×0.6

0．92

=0.44＜100，反應(yīng)未達(dá)到平衡，反應(yīng)正向進(jìn)行：平衡時(shí)CH₃OH的濃度小于0.9mol/L，故B錯(cuò)誤；
C．濃度商Q=

0.6×0.6

0．92

=0.44＜100，反應(yīng)未達(dá)到平衡，反應(yīng)正向進(jìn)行，此時(shí)正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，故C正確；     
D．設(shè)平衡時(shí)生成甲醚的濃度為x，則
       2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始：2.1             O          0
轉(zhuǎn)化：2x              x        x        
平衡    2.1-2x          x        x
K=

x2

(2.1-2x)2

=100
x=1mol/L
平衡時(shí)CH₃OH的轉(zhuǎn)化率=

2mol/L

2.1mol/L

×100%=95.2%，大于80%，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AC；

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)影響因素分析判斷，結(jié)合恒溫、恒壓條件下物質(zhì)的量與體積的關(guān)系來分析解答，題目難度中等．