Question

(11分)以CO₂為碳源制取低碳有機物成為國際研究焦點，下面為CO₂加氫制取低碳醇的熱力學數據：

反應I： CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)           △H = —49.0  kJ·mol^-1

反應II：2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃CH₂OH(g)+3H₂O(g)      △H = —173.6 kJ·mol^-1

(1)寫出由CH₃CH₂OH +_____ 2CH₃OH的熱化學方程式為：__________________。

(2)在一定條件下，對于反應I：在體積恒定的密閉容器中，達到平衡的標志是__   (填字母)

a．CO₂和CH₃OH 濃度相等　　 　　　b．H₂O的百分含量保持不變

c．H₂的平均反應速率為0　　 　　   d．v_正(CO₂)=3v_逆(H₂)　

e.混合氣體的密度不再發生改變   

f. 混合氣體的平均相對分子質量不再發生改變 

如果平衡常數K值變大，該反應　　　　　　　　　(填字母)

a．一定向正反應方向移動　　　 b．在平衡移動時正反應速率先增大后減小

c．一定向逆反應方向移動　　　 d．在平衡移動時逆反應速率先減小后增大

其他條件恒定，如果想提高CO₂的反應速率，可以采取的反應條件是      (填字母) ，

達到平衡后，想提高H₂轉化率的是_______________(填字母)

a、降低溫度     b、補充H₂      c、移去甲醇   d、加入催化劑

（3）在密閉容器中，對于反應II中，研究員以生產乙醇為研究對象，在5MPa、m= n(H₂)/n(CO₂)=3時，測得不同溫度下平衡體系中各種物質的體積分數（y%）如圖所示，則表示CH₃CH₂OH體積分數曲線的是       ；表示CO₂的體積分數曲線的是        。

  

（4）當質量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應速率。上圖是反應：2NO(g) + 2CO(g) 2CO₂(g)+ N₂(g) 中NO的濃度隨溫度(T)、催化劑表面積(S)和時間(t)的變化曲線， 若催化劑的表面積S₁＞S₂ ，在上圖中畫出NO的濃度在T₁、S₂ 條件下達到平衡過程中的變化曲線，并注明條件。

 

Answer 1

【答案】

（1）CH₃CH₂OH(g)+H₂O(g)= 2CH₃OH(g)   H = +75.6  kJ·mol^-1

（2）bcf ，ad ,bd    ac

（3）  I    III (2分)

（4）

【解析】

試題分析：（1）I×2-II得CH₃CH₂OH(g)+H₂O(g)= 2CH₃OH(g)   ΔH = +75.6  kJ·mol^-1

（2）不能用反應達平衡時物質濃度之間的關系來判斷達平衡，a錯誤，可逆反應達平衡時為動態平衡，速率不為0，c錯誤，CO₂與H₂的計量系數之比為1：3，所以v_正(CO₂)=3v_逆(H₂)正逆反應速率不等，d錯誤。所以bef可以判斷達平衡的標志。I反應為放熱反應，K增大，說明降溫，平衡正向移動，因此選ad。想提高CO₂的反應速率，可以升高溫度，增大壓強，增加濃度，使用催化劑，因此選bd。提高H₂轉化率，平衡要正向移動，因此選ac。

（3）反應II為放熱反應，隨著溫度升高，乙醇的體積分數應該減小，根據反應可知CO₂和H₂即使完全轉化，乙醇的體積分數最大也只有25%，所以曲線I是表示乙醇體積分數。隨著溫度升高，CO₂的體積分數應該增大，CO₂最大的體積分數不能超過25%，所以曲線III是表示CO₂體積分數。

（4）催化劑表面變小，催化效果變差，速率減慢，但是催化劑不能改變平衡，所以T₁的溫度下達平衡，NO的濃度不變，但是達平衡的時間增加，所以變化曲線如圖。