Question

12．目前工业上可用CO₂来生产燃料甲醇，有关反应为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1．现向体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，反应过程中测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间的变化如图所示．
（1）从反应开始到平衡，氢气的平衡浓度为C（H₂）=0.75mol•L^-1；
（2）若改变条件使平衡向正反应方向移动，则平衡常数ac（填序号）
a．可能不变    b．可能减小  c．可能增大  d．不变、减小、增大皆有可能
（3）能够说明该反应已达到平衡的是AC（填字母序号，下同）．
A．恒温、恒容时，容器内的压强不再变化
B．恒温、恒容时，容器内混合气体的密度不再变化
C．一定条件下，CO₂、H₂和CH₃OH的浓度保持不变
D．一定条件下，单位时间内消耗3mol H₂的同时生成1mol CH₃OH
（4）在其他条件不变的情况下，将体系体积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，下列有关该体系的说法正确的是bc．
a．氢气的浓度减小         b．正反应速率增大，逆反应速率也增大
c．甲醇的物质的量增加   d．重新平衡时n（H₂）/n（CH₃OH）增大
（5）求此温度（T）下该反应的平衡常数K=$\frac{16}{3}$．若开始时向该1L密闭容器中充入1mol CO₂，2mol H₂，1.5mol CH₃OH和1mol H₂O（g），则反应向正（填“正”或“逆”）反应方向进行．

Answer 1

分析 （1）从反应开始到平衡，图象中甲醇浓度变化为0.75mol/L，结合化学方程式定量关系计算消耗氢气的浓度，平衡浓度=起始浓度-平衡浓度；
（2）平衡常数随温度变化不随浓度等因素影响；
（3）根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（4）将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，压强增大，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，以此判断；
（5）结合化学平衡三行计算列式计算平衡浓度，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；若开始时向该1L密闭容器中充入1mol CO₂，2mol H₂，1.5mol CH₃OH和1mol H₂O（g），计算此时浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向．

解答 解：（1）起始氢气浓度c=$\frac{3mol}{1L}$=3mol/L，图象得到甲醇浓度变化为0.75mol/L，化学方程式计算，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），氢气消耗浓度0.75mol/L×3=2.25mol/L，则平衡浓度=3mol/L-2.25mol/L=0.75mol•L^-1，
故答案为：0.75mol•L^-1；
（2）若改变条件使平衡向正反应方向移动，若是浓度变化，平衡常数不变，若是温度变化，降低温度平衡正向进行，平衡常数增大，故平衡常数可能增大，故选ac，
故答案为：ac；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，反应为气体体积减小的放热反应，
A．反应前后气体物质的量变化，恒温、恒容时，容器内的压强不再变化说明反应达到平衡状态，故A正确；
B．反应前后气体质量和气体物质的量不变，恒温、恒容时，容器内混合气体的密度始终不变化，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．一定条件下，CO₂、H₂和CH₃OH的浓度保持不变是平衡标志，故C正确；
D．一定条件下，单位时间内消耗3mol H₂的同时生成1mol CH₃OH只能说明反应正向进行，不能说明反应达到平衡状态，故D错误；
故答案为：AC；
（4）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，反应为气体体积减小的放热反应，在其他条件不变的情况下，将体系体积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，物质浓度增大，平衡正向进行，
a．体积缩小浓度增大，氢气的浓度增大，故a错误；
b．体积缩小压强增大，正反应速率增大，逆反应速率也增大，故b正确；
c．将体系体积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，物质浓度增大，平衡正向进行，甲醇的物质的量增加，故c正确；
d．将体系体积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，物质浓度增大，平衡正向进行，重新平衡时n（H₂）/n（CH₃OH）减小，故d错误；
故答案为：bc；
（5）现向体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，反应过程中测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间的变化如图所示，
                          CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 1               3                 0                   0
变化量（mol/L） 0.75           2.25           0.75               0.75
平衡量（mol/L） 0.25         0.75             0.75                0.75
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
若开始时向该1L密闭容器中充入1mol CO₂，2mol H₂，1.5mol CH₃OH和1mol H₂O（g），Qc=$\frac{1×1.5}{1×{2}^{3}}$=$\frac{3}{16}$＜K=$\frac{16}{3}$，反应正向进行，
故答案为：$\frac{16}{3}$； 正．

点评 本题考查化学反应速率、化学平衡的计算及影响因素、盖斯定律的应用、平衡常数计算等，掌握化学平衡移动原理和化学平衡的计算是解题关键，题目难度中等．