Question

6．降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用 CO₂，目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
（1）从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）；
（2）氢气的转化率=75%；
（3）该反应的平衡常数为5.33（保留小数点后2位）；
（4）下列措施中能使平衡体系中n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是CD
A．升高温度
B．充入He（g），使体系压强增大
C．将H₂O（g）从体系中分离出去
D．再充入1mol H₂
（5）当反应达到平衡时，H₂的物质的量浓度为c₁，然后向容器中再加入一定量H₂，待反应再一次达到平衡后，H₂的物质的量浓度为c₂，则c₁＜c₂的关系（填“＞”、“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；
（2）根据氢气的平衡浓度判断转化的物质的量，进而可计算转化率；
（3）根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积计算；
（4）要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，应使平衡向正反应方向移动；
（5）恒容密闭容器、反应后整个体系的压强比之前来说减小了，加入氢气虽然正向移动，但是CO₂（g）浓度较小、CH₃OH（g） 浓度增大、H₂O（g）浓度增大，且平衡常数不变．

解答 解：（1）利用三段式解题法计算   
                CO₂（g）+3H₂（g） CH₃OH（g）+H₂O（g），
开始（mol/L）：1        3                0           0
变化（mol/L）：0.75     2.25             0.75       0.75 
平衡（mol/L）：0.25    0.75              0.75       0.75
从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.225；
（2）氢气的转化率=$\frac{2.25}{3}$=75%，
故答案为：75%；
（3）平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，则k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33，
故答案为：5.33；
（4）要使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，应使平衡向正反应方向移动，
A．因正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，则n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故A错误；
B．充入He（g），使体系压强增大，但对反应物质来说，浓度没有变化，平衡不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故D错误．故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应方法移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正确；
D．再充入1mol H₂，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动，则n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正确．
故答案为：CD；
（5）若是恒容密闭容器、反应后整个体系的压强比之前来说减小了，加入氢气虽然正向移动，平衡移动的结果是减弱这种改变，而不能消除这种改变，即虽然平衡正向移动，氢气的物质的量在增加后的基础上减小，但是CO₂（g）浓度较小、CH₃OH（g） 浓度增大、H₂O（g）浓度增大，且平衡常数不变达到平衡时H₂的物质的量浓度与加氢气之前相比一定增大，故c₁＜c₂，
故答案为：＜．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡计算以及平衡移动等问题，为高考常见题型，侧重于学生的分析、计算能力的考查，题目难度较大，注意根据图象计算各物质的平衡浓度为解答该题的关键．