Question

12．在一定溫度下的2L固定容積的密閉容器中，通入2mol CO₂和3mol H₂，發生的反應為CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-akJ．mol^-1（a＞0），測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．
（1）能說明該反應已達平衡狀態的是AB（填序號）；
A．CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變
B．混合氣體的平均相對分子質量不隨時間的變化而變化
C．單位時間內每消耗1.2mol H₂，同時生成0.4molH₂O
D．反應中H₂O與CH₃OH的物質的量濃度之比為1：1，且保持不變
（2）從0min到10min，v（H₂）=0.075 mol•L^-1•min^-1；
（3）下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是CD（填序號）；
A．升高溫度                 B．恒溫恒容下充入He（g）
C．將H₂O（g）從體系中分離     D．恒溫恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂
（4）該溫度下此反應的平衡常數K=0.20（保留兩位有效數字）．若使該反應K=l，則可以改變以下D（填序號）條件．
A．增大壓強    B．增大反應物濃度   C．降低溫度      D．升高溫度    E．加入催化劑．

Answer 1

分析 （1）①平衡狀態的標志可以兩個方兩去判斷，一、是看正逆反應速是否相等，二是各組分的濃度和分數是否隨時間的改變而改變；也可以抓住未平衡時是個變量，現在不變說明已經達到平衡狀態了，來解決問題；
（2）計算二氧化碳的反應速率，結合速率之比等于化學方程式計量數之比計算氫氣的反應速率v=$\frac{△c}{△t}$計算得到；
（3）根據外界條件的改變來判斷平衡移動方向，然后去分析分子和分母的變化情況；
（4）用三行式來求平衡時的各組分濃度，然后代入平衡常數表達式求解，要注意代入平衡常數表達式是平衡濃度，平衡常數是溫度的函數，溫度變平衡常數才變，到底如何變，還要看反應的熱效應；

解答 解：（1）①未平衡時是個變量，現在不變說明已經達到平衡狀態了，
A．未平衡CO₂的體積分數是個變化的量，現在混合氣體CO₂的體積分數保持不變，說明已經平衡了，故A正確；
B．未平衡時混合氣體的平均相對分子質量是個變化的量，現在不隨時間的變化而變化，說明已經達平衡狀態，故B正確；
C．單位時間內每消耗1.2mol H₂，向正方向，同時生成0.4mol H₂O，也向正方向，不能反映正逆反應之間的關系，故C錯誤；
D．反應中H₂O與CH₃OH的物質的量濃度之比為1：1，且保持不變，不能說明各自的量不再隨時間的變化而變化，故C錯誤；
故選AB；
（2）從0min到10min，v（CO₂）=$\frac{1.0mol/L-0.75mol/L}{10min}$=0.025mol/L•s，v（H₂）=3v（CO₂）=0.025mol/L•s×3=0.075mol/L•s，
故答案為：0.075 mol•L^-1•min^-1；
（3）A．升高溫度，平衡逆向移動，故比值減小，故A不選；
B．恒溫恒容下充入He（g），平衡不移動，故比值不變，故B不選；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡正向移動，故比值變大，故選C；
D．恒溫恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂，相當于增大壓強，平衡正向移動，故比值變大，故選D；
故答案為CD；
（4）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始（mol/L） 1        1.5        0         0
變化（mol/L） 0.25     0.75     0.25      0.25
平衡（mol/L） 0.75     0.75      0.25      0.25
所以 K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.7{5}^{3}}$=0.20，
而平衡常數是溫度的函數，只有通過改變溫度來改變平衡常數，正反應量放熱反應，降低溫度，K值變大，
故答案為：0.20；D．

點評 本題考查了化學平衡的有關知識，學生要學會三行式在解題中的應用，綜合性強，但難度不大．