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(yè)上有一種用CO₂來(lái)生產(chǎn)甲醇燃料的方法：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，某科學(xué)實(shí)驗(yàn)將6molCO₂和8molH₂充入2L的密閉容器中，測(cè)得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖所示（實(shí)線）．
（1）a點(diǎn)正反應(yīng)速率大于（填大于、等于或小于）逆反應(yīng)速率．
（2）下列時(shí)間段平均反應(yīng)速率最大的是A．
A．0～1min        B．1～3min
C．3～8min        D．8～11min
（3）求平衡時(shí)CO₂的轉(zhuǎn)化率33.3%．
（4）在恒溫恒容的條件下，下列能說(shuō)明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是B．
A．K不變                      B．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
C．v_正（H₂）=3v_正（CO₂）            D．容器內(nèi)的密度保持不變
（5）僅改變某一實(shí)驗(yàn)條件再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中虛線所示，曲線Ⅰ對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是A，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是B．
A．升高溫度    B．增大壓強(qiáng)   C．加入的催化劑     D．降低溫度    E．減小壓強(qiáng)．

Answer 1

分析 （1）a點(diǎn)時(shí)還沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，從反應(yīng)物的物質(zhì)的量的變化趨勢(shì)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，依次判斷正逆反應(yīng)速率大��；
（2）根據(jù)曲線的斜率判斷，斜率越大，說(shuō)明在單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物的變化率越大，反應(yīng)速率越大，也可分別計(jì)算不同時(shí)間內(nèi)的反應(yīng)速率大小來(lái)進(jìn)行比較；
（3）利用三段式進(jìn)行計(jì)算，二氧化碳轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（4）在恒溫恒容的條件下，正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，及其衍生的一系列能說(shuō)明變量不變的物理量；
（5）從虛線變化判斷達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量來(lái)分析，曲線I反應(yīng)速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，應(yīng)是升高溫度，因該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，曲線Ⅲ反應(yīng)速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，平衡正向移動(dòng)，應(yīng)是增大壓強(qiáng)．

解答 解：（1）a點(diǎn)時(shí)還沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)物氫氣的物質(zhì)的量繼續(xù)減小，平衡向正向移動(dòng)，所以正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，故答案為：大于；
（2）分別計(jì)算不同時(shí)間內(nèi)的反應(yīng)速率：0～1min內(nèi)，v（H₂）=$\frac{8mol-6mol}{2L×1min}$=1mol/（L•min）；1～3min內(nèi)，v（H₂）=$\frac{6mol-3mol}{2L×（3min-1min）}$=0.75mol/（L•min）；3～8min內(nèi)，v（H₂）=$\frac{3mol-1mol}{2L×（8min-3min）}$=0.1mol/（L•min）；8min后達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，正逆反應(yīng)速率相等，綜合速率為零；所以0～1min內(nèi)反應(yīng)速率最大，8～11min反應(yīng)速率最小，
故答案為：A；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始物質(zhì)的量/mol 6        8         0         0
物質(zhì)的量變化/mol 2        6         2         2
平衡物質(zhì)的量/mol 4        2         2         2
二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為：=$\frac{2mol}{6mol}$×100%=33.3%%，
答：平衡時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為33.3%；
（4）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
A．K不變，說(shuō)明溫度不變，在某一確定溫度下，化學(xué)平衡常數(shù)為定值，只與溫度有關(guān)，與反應(yīng)進(jìn)行程度無(wú)關(guān)，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減小，相同條件下，氣體物質(zhì)的量之比等于其壓強(qiáng)之比，所以容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，為正反應(yīng)速率之比，當(dāng)v_正（H₂）=3v_逆（CO₂），說(shuō)明二氧化碳正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，但
v_正（H₂）=3v_正（CO₂），只能說(shuō)明反應(yīng)速率之比，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量和體積都不變，容器內(nèi)的密度始終保持不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
故選B．
（5）曲線I反應(yīng)速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，應(yīng)是升高溫度，因該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，不利于氫氣的轉(zhuǎn)化，故曲線I是升高溫度；曲線Ⅲ反應(yīng)速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，因增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，故應(yīng)是增大壓強(qiáng)．
故答案為：A，B．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)速率或平衡的圖象和熱化學(xué)反應(yīng)方程式，考查計(jì)算反應(yīng)速率的大小比較以及反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的多少，注意把握對(duì)題目圖象的分析．題目較為綜合，具有一定難度．