Question

过度排放CO₂会造成“温室效应”，科学家正在研究如何将CO₂转化为可利用的
资源。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1 L固定体积的密闭容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)
CH₃OH(g)+H₂O(g)   ΔH>0，经测得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，CO₂的平均反应速率v(CO₂)=                    ；
(2)该反应的平衡常数表达式K=                      ；
(3)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是      （多选扣分）；
a．容器中压强不变                  b．v正(H₂)＝v逆(H₂O)
c．混合气体中c(H₂O)不变        d．c(CO₂)＝c(CH₃OH)
(4)下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是       （填字母）。
a．升高温度                   b．将CH₃OH(g)及时液化抽出
c．选择高效催化剂             d．再充入H₂O(g)

Answer 1

（1）0.075mol/(L·min)            （2） K= [CH₃OH][H₂O]/[CO₂][H₂]³ 
（3）ac（漏选得1分，错选、多选不得分）   （4）ab（漏选得1分，错选、多选不得分）

试题分析：（1）根据图像可知，平衡时CO₂的浓度是0.25mol/L，则消耗CO₂的浓度是1.00mol/L－0.25mol/L＝0.75mol/L，所以到平衡时CO₂的反应速率是0.75mol/L÷10min＝0.075mol/(L·min)。
（2）化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据反应的化学方程式可知，该反应的平衡常数表达式是K＝[CH₃OH][H₂O]/[CO₂][H₂]³。
（3）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，所以选项c正确。该反应是体积减小的，所以压强也是减小的，因此当压强不再发生变化时，可以说明反应已经达到平衡状态，a正确；b中反应速率的方向相反，但不满足速率之比是相应的化学计量数之比，不正确。平衡时浓度不再发生变化，但物质之间的浓度不一定相等或满足某种关系，因此选项d不正确，所以答案选ac。
（4）正方应是吸热反应，所以升高温度平衡向正反应方向移动，a正确；将CH₃OH(g)及时液化抽出，相当于降低生成物浓度，平衡向正反应方向移动，b正确；催化剂不能改变平衡状态，c不正确；再充入H₂O(g)，增大生成物浓度，平衡向逆反应方向移动，d不正确，答案选ab。
点评：本题是一道化学平衡常数与化学平衡移动以及化学反应速率计算的一道综合题，注重了对高考常考查知识的点的训练，属于中等难度的试题，有助于培养学生的逻辑推理能力，提高学生分析问题、解决问题的能力。