《2025年教材帮高中化学必修第二册人教版》

3.[新情境.CO2制备甲醇实现“双碳”目标][变图
像]绿色发展是必由之路,我国宣布二氧化碳排放力
争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳
中和。CO2制备甲醇(CH3OH)是实现“双碳”目标的
重要途径。在容积为2.5L的恒容密闭容器中，充入
1molCO2和0.5molH2,180℃条件下反应仅生成
CH3OH(沸点:64.7C)和物质X,测得各物质的物质
的量随时间变化的部分图像如图所示:

(1)该反应的化学方程式为$CO_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons CH_3OH(g) + H_2O(g)$。
(2)0~1min内,CHOH的反应速率为0.027
mol.L−.min−'(保留两位有效数字)。
(3)5min时,正反应速率=(填“＞”“＜”或
“=”)逆反应速率。

答案： 3.
(1)$CO_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons CH_3OH(g) + H_2O(g)$
(2)0.027
(3)=
【解析】
(1)由题图可知，3 min时$CO_2$、$H_2$的物质的量不再变化，说明3 min时反应达到化学平衡状态。由题图可知达到平衡时，$CO_2$的物质的量变化量为$1.0 mol - 0.9 mol = 0.1 mol$，$H_2$的物质的量变化量为$0.5 mol - 0.2 mol = 0.3 mol$，$CH_3OH$的物质的量变化量为$0.1 mol$，故反应方程式中$CO_2$、$H_2$、$CH_3OH$的化学计量数之比为$0.1 mol:0.3 mol:0.1 mol = 1:3:1$，结合原子守恒可得该反应的化学方程式为$CO_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons CH_3OH(g) + H_2O(g)$。
(2)0~1 min内，$H_2$的物质的量变化量为$0.5 mol - 0.3 mol = 0.2 mol$，$H_2$的反应速率为$\frac{0.2 mol}{2.5 L × 1 min} = 0.08 mol · L^{-1} · min^{-1}$，根据反应速率之比等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比，可得0~1 min内，$CH_3OH$的反应速率为$\frac{1}{3} × 0.08 mol · L^{-1} · min^{-1} \approx 0.027 mol · L^{-1} · min^{-1}$。
(3)3 min时反应达到化学平衡状态，则5 min时反应仍处于平衡状态，正反应速率等于逆反应速率。

致经典.结构化试题
例15−定温度、一定压强下，
在一容积可变的密闭容器中发
生反应A(s)+3B(g)
2C(g)+D(g),下列可说明反应一定达到平
衡状态的是
A.容器的容积不再变化
B.B的生成速率和D的消耗速率之比为3:1
C.混合气体的密度不再变化
D.B、C、D的浓度之比为3:2:1

子 情境转化
子题1卜在母题基础上,将“A(s)”改为
“A(g)”,答案为。

子题2在母题基础上,将“一定温度、一定压
强下,在一容积可变”改为“一定温度下,在
一容积不变”,同时将A项改为“混合气体的
压强不再变化”,答案为。

答案： C解析卜A项:A为固体，反应前后气体的分子数不变，无论反应是否达到平衡状态，气体的总体积都不变，故容器的容积始终不变(×)。B项:B的生成速率和D的消耗速率均表示逆反应速率，二者之比为3:1时不能说明反应一定达到平衡状态(×)。必须是“异向”的反应速率关系C项:在反应过程中容器的容积不变，气体的总质量改变，故混合气体的密度不再变化能说明该反应一定达到平衡状态(√)。D项:平衡时各物质的浓度不再变化,但各物质的浓度不一定相等或成比例,故B、C、D的浓度之比为3:2:1不能说明反应一定达到平衡状态(×)。
AC解析卜A项:A为气体，反应前后气体的分子数减小，随着反应的进行,气体的总物质的量逐渐减小，容器的容积逐渐减小，故容器的容积不再变化能说明该反应一定达到平衡状态(√)。C项:反应过程中容器的容积减小，气体的总质量不变,则混合气体的密度一直在变化，故当混合气体的密度不再变化时说明该反应一定达到平衡状态(√)。答案AC
C解析A项:A为固体，反应前后气体的分子数不变，随着反应的进行，气体的总物质的量不变，混合气体的压强始终不变，故混合气体的压强不再变化不能说明该反应一定达到平衡状态(×)。C项:反应过程中容器的容积不变，气体的总质量改变，则混合气体的密度一直在变化，故当混合气体的密度不再变化时说明该反应一定达到平衡状态(√)。