Question

煤的液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术，其中合成CH₃OH 是最重要的研究方向之一．
在2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），在其他条件不变的情况下，探究温度对反应的影响，实验结果如图所示（注：T₂＞T₁均大于300℃）．
①通过分析上图，可以得出对反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的说法正确的是（填序号）

 

A．该反应为放热反应
B．T₁时的反应速率大于T₂时的反应速率
C．该反应在T₁时的平衡常数比T₂时的大
D．处于A点的反应体系从T₁变到T₂，达平衡时

n(H2)

n(CH3OH)

增大
②下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是

 

（填序号）
a．体系压强保持不变
b．v（H₂）=3v（CO₂）
c．CH₃OH与H₂物质的量之比为1：3
d．每消耗1mol CO₂的同时生成3molH₂
e．密闭容器中混合气体的密度不变
f．密闭容器中CH₃OH的体积分数不变
③在T₁温度时，将2molCO₂和6molH₂充入该密闭容器中，充分反应达平衡时，若CO₂的转化率为60%，则容器内的压强与起始压强之比为

 

，该反应的平衡常数为

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学反应速率的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：

分析：①A．根据温度对化学平衡移动的影响可判断反应是放热还是吸热；
B．温度越高速率越大，据此判断；
C．由图可知，温度T₁变到T₂，温度增大，平衡向逆反应方向移动，据此分析；
D．由图可知，处于A点的反应体系从T₁变到T₂，温度增大，平衡向逆反应方向移动，氢气物质的量增大，甲醇的物质的量减小，据此判断；
②根据平衡状态的特征来判断；
③根据压强之比等于物质的量之比，利用三段式，进行计算平衡常数．

解答： 解：①A．T₂＞T₁，由图可知，T₂平衡时甲醇的物质的量小于T₁平衡时甲醇的物质的量，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，故该反应的正反应为放热反应，故A正确；
B．温度越高速率越大，T₂＞T₁，所以T₁时的反应速率小于T₂时的反应速率，故B错误；
C．由图可知，T₂＞T₁时，平衡时甲醇的物质的量减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数降低，在T₁时的平衡常数比T₂时的大，故C正确；
D．由图可知，处于A点的反应体系从T₁变到T₂，温度增大，平衡向逆反应方向移动，氢气物质的量增大，甲醇的物质的量减小，

n(H2)

n(CH3OH)

增大，故D正确；
故答案为：ACD；
②a、该反应为前后气体体积变小的反应，所以当体系压强不变时，反应达到平衡状态了；
b、未指明是正反应速率还是逆反应速率，所以无法判断反应是否处于平衡状态；
c、CH₃OH与H₂物质的量之比为1：3时，无法确定此时正逆反应速率是否相等，故无法判断反应是否处于平衡状态；
d、每消耗1mol CO₂的同时生成3molH₂说明v（ CO₂正）：v（ H₂逆）=1：3，而反应中与的计量数之比也是1：3，故该反应的正逆反应速率相等，故可作为平衡状态的判断标志；
e、由于该反应在反应前后气体的总体积和总质量均不发生变化，故密度不能作为平衡状态的判断标志；
f、当CH₃OH的体积分数不变时，说明反应体系中各组分都保持不变，也就说明反应处于平衡状态，故可作为平衡状态的判断标志；
故答案为：adf；
③CO₂的转化率为60%，即反应转化的CO₂为2×60%=1.2mol，
由化学平衡的三段法计算可知，
              CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol）    2        6         0          0
变化（mol）   1.2      3.6       1.2        1.2
平衡（mol）   0.8      2.4       1.2        1.2
根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比，
则容器内的压强与起始压强之比为=（0.8+2.4+1.2+1.2）：（2+6）=7：10，
反应的平衡常数为：

1.2mol 2L × 1.2mol 2L

0.8mol 2L ×( 2.4mol 2L )3

=0.52；
故答案为：7：10；0.52．

点评：本题考查化学平衡图象、化学平衡影响因素、化学平衡常数、平衡状态的判断等，难度中等，注意理解外界条件对化学平衡的影响，解题时要注意在恒容条件下压强与气体的物质的量的关系．