Question

【题目】如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2引起了全世界的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。为探究该反应原理，进行如下实验：在容积为1L的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2。在500℃下发生发应，CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）。实验测得CO2和CH3OH（g）的物质的量（n）随时间变化如下图1所示：

（1）从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H2）＝________。

（2）500℃该反应的平衡常数为_____（结果保留一位小数），图2是改变温度时化学反应速率随时间变化的示意图，若提高温度到800℃进行，达平衡时，K值_____（填“增大”“减小”或“不变”）。

（3）下列措施中不能使CO2的转化率增大的是_______。

A 在原容器中再充入1mol H2 B 在原容器中再充入1molCO2

C 缩小容器的容积 D 使用更有效的催化剂 E 将水蒸气从体系中分离出

（4）500℃条件下，测得某时刻，CO2（g）、H2（g）、CH3OH（g）和H2O（g）的浓度均为0.5mol/L，则此时v（正）____ v（逆）（填“＞”“＜”或“=”）。

Answer 1

【答案】0.225mol/（L·min） 5.3 减小 BD ＞

【解析】

(1)由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式可知氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量3倍为2.25mol/L，v=，据此计算；

(2)平衡常数等于生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比值；升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小；

(3)要提高CO2的转化率，应使平衡向正反应方向移动，根据平衡移动原理结合选项判断；

(4)依据计算浓度商和该温度下的平衡常数比较分析判断反应进行方向。

(1)由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量的3倍，则氢气的浓度变化量为：0.75mol/L×3=2.25mol/L，则v(H2)==0.225mol/(Lmin)；

(2)由(1)可知平衡时各组分的浓度c(CO2)=0.25mol/L，c(CH3OH)=c(H2O)=0.75mol/L，则c(H2)=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，所以K===5.3，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小；

(3)A．在原容器中再充入1mol H2，平衡向正反应方向移动，CO2的转化率增大，故A不选；B．在原容器中再充入1molCO2，CO2的转化率反而减小，故B选；C．缩小容器的容积即增大压强，平衡向正反应方向移动，CO2的转化率增大，故C不选；D．使用更有效的催化剂，平衡不移动，CO2的转化率不变，故D选；E．将水蒸气从体系中分离出，平衡向正反应方向移动，CO2的转化率增大，故E不选；故答案为BD；

(4)500℃条件下，测得某时刻，CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)和H2O(g)的浓度均为0.5mol/L，浓度商Q===4＜K=5.33，说明反应正向进行v正＞v逆。