Question

8．目前工業上有一種方法是用CO₂生產燃料甲醇．一定條件下發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖1表示該反應進行過程中能量（單位為kJ•mol^-1）的變化．

（1）由圖可知，該反應的△H＜0 （填“＞”、“＜”、“=”）；
（2）為探究反應原理，現進行如下實驗：在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．
①反應開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率v（H₂）=0.225mol•L^-1•min^-1；
②下列措施中能使平衡時$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的有D．
A．升高溫度        B．加入催化劑      C．充入He（g），使體系總壓強增大
D．將H₂O（g）從體系中分離   E．再充入1mol CO₂
（3）該反應平衡常數K的表達式為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$； 反應達平衡時，保持其他條件不變，從體系中分離出部分甲醇，平衡常數K將不變（填“變大”、“變小”、“不變”）．

Answer 1

分析 （1）由圖1可知，反應物總能量大于生成物總能量，反應為放熱反應；
（2）①由圖2可知，甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學計量數之比計算v（H₂）；
②使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，改變條件使平衡向正反應移動，但只增大二氧化碳的濃度會使該比值減小；
（3）化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出；
平衡常數只受溫度影響，溫度不變，平衡常數不變．

解答 解：（1）由圖1可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，該反應為放熱反應，即△H＜0，
故答案為：＜；
（2）①由圖2可知，10min達平衡時甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，所以v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），速率之比等于化學計量數之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min）；
故答案為：0.225；
②使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，改變條件使平衡向正反應移動，但只增大二氧化碳的濃度會使該比值減小
A．正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，故A錯誤；
B．加入催化劑，平衡不移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故B錯誤；
C．充入He（g），反應混合物的濃度不變，平衡不移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故C錯誤；
D．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故D正確；
E．再充入1mol CO₂，平衡雖然向正反應移動，但平衡時$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，故E錯誤；
故選D．
（3）可逆反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的化學平衡常數k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，平衡常數只受溫度影響，溫度不變，平衡常數不變，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；不變．

點評 本題考查平衡圖象、化學平衡有關計算、反應速率、化學平衡及影響因素等，難度不大，注意基礎知識的理解掌握，（2）中②只增大二氧化碳的濃度會使該比值減小，可以借助平衡常數分析理解．