Question

16．二氧化碳是引起“温室效应”的主要物质，节能减排、高效利用能源，能够减少二氧化碳的排放．在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2mol CO₂和3mol H₂，发生的反应为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1（a＞0），测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
（1）能说明该反应已达平衡状态的是AB．
A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
B．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4mol H₂O
D．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1，且保持不变
（2）下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是CD（填选项编号）．
A．升高温度    B．恒温恒容下充入He（g）
C．将H₂O（g）从体系中分离   D．恒温恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂
（3）计算该温度下此反应的平衡常数K=0.20；若改变条件C（填选项编号），可使K=1．
A．增大压强   B．增大反应物浓度  C．降低温度  D．升高温度  E．加入催化剂．

Answer 1

分析 （1）化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断；
（2）要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，则根据反应，平衡向正反应方向移动即可；
（3）根据图象数据结合平衡常数K的计算公式进行计算，根据K仅与温度有关及反应为放热来判断改变条件．

解答 解：（1）A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变，则能说明达到平衡状态，故A正确；
B．混合气体的平均相对分子质量=$\frac{质量}{物质的量}$，混合气体的质量始终不变，反应前后气体物质的量不相同，平均相对分子质量不变，说明混合气体的物质的量不变，则各组分物质的量不变，反应达到平衡状态，故B正确；
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4molH₂O，不能体现正逆反应，故不能说明达到平衡状态，故C错误；
D．H₂O与CH₃OH都是产物，并且按照1：1的比例生成，所以H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比一直为1：1，不能说明达到平衡状态，故D错误；
故答案为：AB；
③要使比值增大，则根据反应，平衡向正反应方向移动即可；
A．升高温度，平衡逆向移动，所以比值减小，故A错误；
B．恒温恒容下充入He（g），平衡不移动，所以比值不变，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡正向移动，所以比值增大，故C正确；
D．恒温恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂，等效于开始加入4molCO₂和6molH₂，压强增大，平衡正向移动，所以比值增大，故D正确；
故选：CD；
④由图象数据，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）得
   开始浓度：1          1.5       0       0
  转化浓度：0.25      0.75      0.25     0.25
  平衡浓度：0.75       0.75     0.25     0.25
所以K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.7{5}^{3}}$=0.20，则要使K=1，又反应放热所以降低温度使平衡向正反应方向移动，
故答案为：0.20；C．

点评 本题考查了化学平衡的有关知识，平衡移动影响因素、平衡状态的判断是重点，明确习题中的信息及有关Ka的计算是解答本题的关键，题目难度中等．