Question

1．工業上有一種方法有效地開發利用CO₂，是用CO₂來生產燃料甲醇．為探究反應原理，進行如下實驗，在體積為1L的恒容密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定條件下發生反應：CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O．測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．
①從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）；
②氫氣的轉化率=75%；
③能說明上述反應達到平衡狀態的是A（填編號）
A．CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變
B．混合氣體的密度不隨時間的變化而變化
C．單位時間內消耗3mol H₂，同時生成1mol H₂O
D．反應中CO₂與CH₃OH的物質的量濃度之比為1：1（即圖中交叉點）

Answer 1

分析 ①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CH₃OH），再根據速率之比等于其化學計量數之比計算v（H₂）；
②由圖可知，CO₂的起始濃度為1mol/L、平衡時濃度為0.25mol/L，則△c（CO₂）=1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，則氫氣濃度變化量為0.75mol/L×=2.25mol/L，轉化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%；
③可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡．

解答 解：①由圖可知，平衡時甲醇的濃度為0.75mol/L，則v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L．min），速率之比等于其化學計量數之比，則v（H₂）=3v（CH₃OH）=0.225mol/（L．min），
故答案為：0.225；
②由圖可知，CO₂的起始濃度為1mol/L、平衡時濃度為0.25mol/L，則△c（CO₂）=1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，則氫氣濃度變化量為0.75mol/L×=2.25mol/L，氫氣轉化率=$\frac{2.25mol/L}{\frac{3mol}{1L}}$×100%×100%=75%，
故答案為：75%；
③A．平衡時各組分含量不變，CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變，說明到達平衡，故A正確；
B．混合氣體總質量不變，容器容積不變，混合氣體的密度始終不變，故B錯誤；
C．單位時間內消耗3mol H₂，同時生成1mol H₂O，均表示正反應速率，反應始終按該比例關系進行，故C錯誤；
D．反應中CO₂與CH₃OH的物質的量濃度之比為1：1（即圖中交叉點），而后二氧化碳濃度繼續減小、甲醇濃度繼續增大到平衡狀態，故交叉點反應向正反應進行，故D錯誤，
故選：A．

點評 本題考查化學平衡的有關計算、平衡狀態判斷，比較基礎，有利于基礎知識的鞏固，注意判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡．