Question

10．固定和利用CO₂能有效地利用資源，并減少空氣中的溫室氣體．工業上有一種用CO₂來生產甲醇燃料的方法：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，某科學實驗將6molCO₂和8molH₂充入2L的密閉容器中，測得H₂的物質的量隨時間變化如圖所示（實線）．
（1）a點正反應速率大于（填大于、等于或小于）逆反應速率．
（2）下列時間段平均反應速率最大的是A．
A．0～1min        B．1～3min
C．3～8min        D．8～11min
（3）求平衡時CO₂的轉化率33.3%．
（4）在恒溫恒容的條件下，下列能說明該反應已經達到平衡狀態的是B．
A．K不變                      B．容器內壓強保持不變
C．v_正（H₂）=3v_正（CO₂）            D．容器內的密度保持不變
（5）僅改變某一實驗條件再進行實驗，測得H₂的物質的量隨時間變化如圖中虛線所示，曲線Ⅰ對應的實驗條件改變是A，曲線Ⅱ對應的實驗條件改變是B．
A．升高溫度    B．增大壓強   C．加入的催化劑     D．降低溫度    E．減小壓強．

Answer 1

分析 （1）a點時還沒有達到平衡狀態，從反應物的物質的量的變化趨勢判斷反應進行的方向，依次判斷正逆反應速率大小；
（2）根據曲線的斜率判斷，斜率越大，說明在單位時間內反應物的變化率越大，反應速率越大，也可分別計算不同時間內的反應速率大小來進行比較；
（3）利用三段式進行計算，二氧化碳轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（4）在恒溫恒容的條件下，正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，及其衍生的一系列能說明變量不變的物理量；
（5）從虛線變化判斷達到平衡時反應物的轉化的物質的量來分析，曲線I反應速率增大，但轉化的氫氣的物質的量少，應是升高溫度，因該反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，曲線Ⅲ反應速率增大，轉化的氫氣的物質的量多，平衡正向移動，應是增大壓強．

解答 解：（1）a點時還沒有達到平衡狀態，反應物氫氣的物質的量繼續減小，平衡向正向移動，所以正反應速率大于逆反應速率，故答案為：大于；
（2）分別計算不同時間內的反應速率：0～1min內，v（H₂）=$\frac{8mol-6mol}{2L×1min}$=1mol/（L•min）；1～3min內，v（H₂）=$\frac{6mol-3mol}{2L×（3min-1min）}$=0.75mol/（L•min）；3～8min內，v（H₂）=$\frac{3mol-1mol}{2L×（8min-3min）}$=0.1mol/（L•min）；8min后達到化學平衡狀態，正逆反應速率相等，綜合速率為零；所以0～1min內反應速率最大，8～11min反應速率最小，
故答案為：A；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始物質的量/mol 6        8         0         0
物質的量變化/mol 2        6         2         2
平衡物質的量/mol 4        2         2         2
二氧化碳的轉化率為：=$\frac{2mol}{6mol}$×100%=33.3%%，
答：平衡時二氧化碳的轉化率為33.3%；
（4）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，反應是氣體體積減小的放熱反應，
A．K不變，說明溫度不變，在某一確定溫度下，化學平衡常數為定值，只與溫度有關，與反應進行程度無關，不能說明反應達到平衡狀態，故A錯誤；
B．反應前后氣體物質的量減小，相同條件下，氣體物質的量之比等于其壓強之比，所以容器內壓強保持不變說明反應達到平衡狀態，故B正確；
C．反應速率之比等于化學方程式計量數之比，為正反應速率之比，當v_正（H₂）=3v_逆（CO₂），說明二氧化碳正逆反應速率相同，反應達到平衡狀態，但
v_正（H₂）=3v_正（CO₂），只能說明反應速率之比，不能說明反應達到平衡狀態，故C錯誤；
D．反應前后氣體質量和體積都不變，容器內的密度始終保持不變，不能說明反應達到平衡狀態，故D錯誤；
故選B．
（5）曲線I反應速率增大，但轉化的氫氣的物質的量少，應是升高溫度，因該反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，不利于氫氣的轉化，故曲線I是升高溫度；曲線Ⅲ反應速率增大，轉化的氫氣的物質的量多，因增大壓強平衡正向移動，故應是增大壓強．
故答案為：A，B．

點評 本題考查化學反應速率或平衡的圖象和熱化學反應方程式，考查計算反應速率的大小比較以及反應物轉化的多少，注意把握對題目圖象的分析．題目較為綜合，具有一定難度．