Question

【題目】當(dāng)溫度高于500 K時(shí)，科學(xué)家成功利用二氧化碳和氫氣合成了乙醇(可逆反應(yīng))，這在節(jié)能減排、降低碳排放方面具有重大意義。回答下列問題：

（1）該反應(yīng)的化學(xué)方程式______________________________________________。

（2）在恒容密閉容器中，判斷上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是________。

a．體系壓強(qiáng)不再改變

b．H2的濃度不再改變

c．氣體的密度不隨時(shí)間改變

d．單位時(shí)間內(nèi)消耗H2和CO2的物質(zhì)的量之比為3:1

（3）在一定壓強(qiáng)下，測(cè)得由CO2制取CH3CH2OH的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，起始投料比、溫度與CO2的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如圖。

根據(jù)圖中數(shù)據(jù)

①降低溫度，平衡向________方向移動(dòng)。

②在700 K、起始投料比＝1.5時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為________。

③在500 K、起始投料比＝2時(shí)，達(dá)到平衡后H2的濃度為a mol·L－1，則達(dá)到平衡時(shí)CH3CH2OH的濃度為________。

Answer 1

【答案】2CO2＋6H2=CH3CH2OH＋3H2Oab正反應(yīng)40%1.5amol·L－1

【解析】

（1）根據(jù)信息寫出方程式；

（2）反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，可以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，由此進(jìn)行判斷；

（3）①體積圖象可知，溫度低時(shí)對(duì)應(yīng)的CO2的轉(zhuǎn)化率大，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

②700K，起始投料比n(H2)/n(CO2)═1.5時(shí)時(shí)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為20%，求氫氣的變化量，從而求出轉(zhuǎn)化率；

③在500K、起始投料比比n(H2)/n(CO2)=2時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，

則 2CO2（g）+6H2（g）CH3CH2OH（g）+3H2O（g）

設(shè)初起量：3 6 0 0

變化量： 1.8 5.4 0.9 2.7

所以H2的轉(zhuǎn)化率為5.4/6×100%=90%，又達(dá)到平衡后H2的濃度為amol·L-1，則反應(yīng)消耗的H2的濃度為9amol·L-1，再根據(jù)系數(shù)比計(jì)算達(dá)到平衡時(shí)CH3CH2OH的濃度。

（1）當(dāng)溫度高于500K時(shí)，科學(xué)家成功利用二氧化碳和氫氣合成了1mol乙醇和水，方程式為：2CO2+6H2=CH3CH2OH+3H2O；

（2）a．混合氣體的物質(zhì)的量減小，則體系壓強(qiáng)一直在減小，當(dāng)體系壓強(qiáng)不再改變，能說明到達(dá)平衡，故a正確；

b．H2的濃度不再改變，能說明到達(dá)平衡，故b正確；

c．容器的體積不變，混合氣體的質(zhì)量不變，混合氣體的密度為定值，不能根據(jù)密度判斷平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；

d．單位時(shí)間內(nèi)消耗H2和CO2的物質(zhì)的量之比為3：1，指正反應(yīng)方向，所以不能說明到達(dá)平衡，故d錯(cuò)誤；

故選ab；

（3）23g乙醇完全燃燒生成CO2和液態(tài)H2O時(shí)放出650kJ的熱量，23g乙醇的物質(zhì)的量為：23g/46g·mol－1=0.5mol，1mol乙醇完全燃燒產(chǎn)生的熱量是1300kJ，乙醇燃燒的熱化學(xué)方程式是：C2H5OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l）△H=-1300kJ·mol－1；

（4）①由圖可知，橫坐標(biāo)為投料比，縱坐標(biāo)為CO2的轉(zhuǎn)化率，曲線為等溫線，則相同投料比時(shí)溫度低對(duì)應(yīng)的CO2的轉(zhuǎn)化率大，說明該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則降低溫度平衡向著正反應(yīng)方向移動(dòng)；

②700K，起始投料比n(H2)/n(CO2)=1.5時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率為20%，

則 2CO2（g）+6H2（g）CH3CH2OH（g）+3H2O（g）

設(shè)初起量：4 6 0 0

變化量：0.8 2.4 0.4 3.2

所以H2的轉(zhuǎn)化率為：2.4/6×100%=40%；

③在500K、起始投料比n(H2)/n(CO2)=2時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，

則 2CO2（g）+6H2（g）CH3CH2OH（g）+3H2O（g）

設(shè)初起量：3 6 0 0

變化量： 1.8 5.4 0.9 2.7

所以H2的轉(zhuǎn)化率為：5.4/6×100%=90%，又達(dá)到平衡后H2的濃度為amol·L-1，則反應(yīng)消耗的H2的濃度為9amol·L-1，所以達(dá)到平衡時(shí)CH3CH2OH的濃度為：9a/6mol·L-1=1.5amol·L-1