Question

【題目】中國政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。CO2可轉(zhuǎn)化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)。在體積為1 L的密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，一定條件下反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。

(1)從3 min到9 min，υ(CO2)=______mol·L-1·min-1

(2)能說明上述反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是____________(填編號)

A．反應(yīng)中CO2與CH3OH的物質(zhì)的量濃度之比為1∶1(即圖中交叉點)

B．混合氣體的壓強不隨時間的變化而變化

C．單位時間內(nèi)生成1 mol H2，同時生成1 mol CH3OH

D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間的變化而變化

(3)平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為________%

(4)平衡混合氣體中CO2(g)和H2(g)的質(zhì)量之比是____________。

(5)第3 min時υ正(CH3OH)___________第9 min時υ逆(CH3OH)（填“＞”、“＜”或“=”）。

Answer 1

【答案】0.042 BD 75 22：3 ＞

【解析】

(1)根據(jù)v=計算；

(2)反應(yīng)達到平衡時任何物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度、含量等保持不變，據(jù)此判斷；

(3)根據(jù)轉(zhuǎn)化率=×100%計算；

(4)根據(jù)加入的反應(yīng)物的物質(zhì)的量及物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系判斷平衡時兩種氣體的物質(zhì)的量關(guān)系，然后計算二者的質(zhì)量之比；

(5)第9 min時反應(yīng)達到平衡，此時υ正(CH3OH)=υ逆(CH3OH)，反應(yīng)從在反應(yīng)方向開始。

(1)根據(jù)圖示可知：從3 min到9 min，CO2的濃度從0.5 mol/L變?yōu)?/span>0.25 mol/L，故用CO2濃度變化表示的反應(yīng)速率v(CO2)==0.042 mol/(L·min)；

(2)反應(yīng)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)在1 L的恒容密閉容器中進行，正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，

A．反應(yīng)中CO2與CH3OH的物質(zhì)的量濃度之比為1∶1(即圖中交叉點)，由于CO2與CH3OH的濃度還在發(fā)生變化，說明反應(yīng)未達到平衡，A不符合題意；

B．反應(yīng)在恒容密閉容器中進行，若混合氣體的壓強不隨時間的變化而變化，說明氣體的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，B符合題意；

C．單位時間內(nèi)生成1 mol H2，就會消耗 mol CH3OH，同時生成1 mol CH3OH，說明反應(yīng)正向進行，未達到平衡狀態(tài)，C不符合題意；

D．氣體的質(zhì)量不比，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間的變化而變化，說明氣體的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，D符合題意；

故合理選項是BD；

(3)根據(jù)圖象可知：在反應(yīng)開始時CO2濃度是1.00 mol/L，平衡時濃度為0.25 mol/L，所以CO2的平衡轉(zhuǎn)化率=×100%=×100%=75%；

(4)反應(yīng)開始時加入1 mol CO2和3 mol H2，根據(jù)方程式CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)可知：CO2和H2反應(yīng)消耗的物質(zhì)的量的比是1：3，因此平衡時CO2(g)和H2(g)的物質(zhì)的量的比也是1：3，所以平衡時m(CO2)：m(H2)=(1 mol×44 g/mol)：(3 mol×2 g/mol)=22：3；

(5)反應(yīng)從正反應(yīng)方向開始，隨著反應(yīng)的進行，正反應(yīng)速率逐漸減小，逆反應(yīng)速率逐漸增大，當?shù)降?/span>9 min時反應(yīng)達到平衡，此時υ正(CH3OH)=υ逆(CH3OH)，因此第3 min時υ正(CH3OH)＞第9 min時υ逆(CH3OH)。