Question

1．随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍关注
（1）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反应开始到平衡，H₂的平均反应速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）．H₂的转化率为75%．
②下列措施中能使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
D、再充入1mol CO₂和3mol H₂  E、使用催化剂                      F、扩大容器体积
（2）①反应进行到3分钟时，同种物质的v_正 与v_逆的关系：v_正＞v_逆 （填＞，=，＜）
②上述反应平衡常数的表达式为$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，经计算该温度下此反应平衡常数的数值为$\frac{16}{3}$．

Answer 1

分析 （1）①由方程式可知：△c（H₂）=3△c（CH₃OH）=2.25mol/L，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂），转化率=$\frac{浓度变化量}{起始浓度}$×100%；
②使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，可以改变条件使平衡正向移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量；
（2）①3min后甲醇浓度增大到不变，二氧化碳浓度减小到不变，故3min时反应向正反应进行；
②平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，计算各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算．

解答 解：（1）①由方程式可知：△c（H₂）=3△c（CH₃OH）=2.25mol/L，故v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol/（L•min），转化率=$\frac{2.25mol/L}{\frac{3mol}{1L}}$×100%=75%；
故答案为：0.225；75%；
②A．该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故A错误，
B．充入He（g），使体系压强增大，容器的容积不变，反应混合物的浓度不变，平衡不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故B错误，
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正确，
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效为增大压强，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正确；
E．使用催化剂，平衡不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故E错误，
F．扩大容器体积，增大减小，平衡向逆反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故F错误，
故答案为：CD；
（2）①3min后甲醇浓度增大到不变，二氧化碳浓度减小到不变，故3min时反应向正反应进行，故v_正＞v_逆，
故答案为：＞；
②反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，则：
             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
故该温度下平衡常数K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；$\frac{16}{3}$．

点评 本题考查化学平衡的计算与影响因素、反应速率计算、平衡常数等，难度中等，注意基础知识的掌握．