Question

【題目】為應(yīng)對全球氣候變暖，科學(xué)家在綜合利用 CO2 方面取得了不少研究成果。如用 CO2 合成重要化工原料 CH3OH，同時生成 CO，反應(yīng)如下：

反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)，

反應(yīng)Ⅱ：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)-Q2kJ(Q2＞0)。

研究催化劑等外界條件對上述反應(yīng)的影響，結(jié)果如圖 1、圖 2

完成下列填空：

(1)一定是碳12的同位素原子是_____(選填“A”、“B”、“C”、“D”)

A.質(zhì)子數(shù)為6，中子數(shù)為8　　　B.質(zhì)子數(shù)為8，中子數(shù)為12

C.質(zhì)子數(shù)為12，中子數(shù)為6　　　D.質(zhì)子數(shù)為12，中子數(shù)為8

(2)分析圖1：催化效果最佳的是催化劑_____(選填“A”、“B”、“C”)。若密閉容器體積為2L，則a點(diǎn)測得CH3OH的平均生成速率為_____mol·L-1·min-1。b點(diǎn)反應(yīng)_____(填“達(dá)到”或“未達(dá)到”)平衡狀態(tài)，理由是：_____

(3)分析圖2：相同溫度下，增大原料氣壓強(qiáng)，反應(yīng)Ⅰ平衡常數(shù)_____(選填“增大”、“減小”、“不變”、“無法判斷”)；當(dāng)壓強(qiáng)為6Mpa、溫度在400~600℃時，CO2的總體平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大的原因是___________________________________

(4)若生成的CH3OH和CO物質(zhì)的量之比為4:1，則消耗相同條件下的CO2和H2體積比是_____

(5)若有88gCO2發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，并放出akJ熱量，則圖3中A為_____，B為_____

Answer 1

【答案】A A 未達(dá)到 此溫度催化劑A得到的甲醇更多，即b若時間增加，在此條件下可以得到更多的生成物(合理即可) 不變 反應(yīng)Ⅱ中增大的平衡轉(zhuǎn)化率大于反應(yīng)Ⅰ中減小的平衡轉(zhuǎn)化率

【解析】

(1)質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子互為同位素；

(2)相同溫度下甲醇的產(chǎn)量越高，催化劑的催化效果越好。根據(jù)v==計算；反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，各組分的含量保持不變，b點(diǎn)對應(yīng)溫度下使用催化劑A時甲醇物質(zhì)的量大于b點(diǎn)，b點(diǎn)之后隨時間的增加，在此條件下可以得到更多的生成物，據(jù)此分析解答；

(3)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變；根據(jù)反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)為氣體分子數(shù)目減小的放熱反應(yīng)，反應(yīng)Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)-Q2kJ(Q2＞0)為氣體分子數(shù)不變的吸熱反應(yīng)，根據(jù)外界條件對反應(yīng)平衡移動的影響分析；

(4)結(jié)合反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ，根據(jù)“三段式”分析解答；

(5)反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，結(jié)合參與反應(yīng)的CO2的量計算分析解答。

(1)質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子互為同位素，碳原子的質(zhì)子數(shù)為6，碳12的質(zhì)子數(shù)為6、中子數(shù)為6，與碳12互為同位素原子質(zhì)子數(shù)也應(yīng)為6、中子數(shù)不為6，符合題意的只有A，答案選A；

(2)相同溫度下甲醇的產(chǎn)量越高，催化劑的催化效果越好，如圖所示，T1溫度時，在催化劑A的作用下甲醇的產(chǎn)量最高，則A的催化作用最好；根據(jù)圖示，經(jīng)過tmin，a點(diǎn)測得生成CH3OH的物質(zhì)的量為0.4mol，根據(jù)v==， a點(diǎn)時CH3OH的平均生成速率為=mol·L-1·min-1；反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，各組分的含量保持不變，根據(jù)圖示，b點(diǎn)對應(yīng)溫度下使用催化劑A時甲醇物質(zhì)的量大于b點(diǎn)，說明b點(diǎn)之后隨時間的增加，在此條件下可以得到更多的生成物，說明b點(diǎn)未達(dá)到平衡狀態(tài)；

(3)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)K不變；反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)為氣體分子數(shù)目減小的放熱反應(yīng)，反應(yīng)Ⅱ：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)-Q2kJ(Q2＞0)為氣體分子數(shù)不變的吸熱反應(yīng)，6Mpa、溫度在400~600℃時，升高溫度，反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率減小，反應(yīng)Ⅱ的平衡正向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，導(dǎo)致CO2的總體平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大的原因可能是反應(yīng)Ⅱ中增大的平衡轉(zhuǎn)化率大于反應(yīng)Ⅰ中減小的平衡轉(zhuǎn)化率；

(4)若生成的CH3OH和CO物質(zhì)的量之比為4:1，設(shè)CH3OH和CO物質(zhì)的量分別為4mol和1mol，則：

反應(yīng)過程中一共消耗CO25mol，消耗氫氣13mol，同條件下，物質(zhì)的量之比等于體積之比，則消耗相同條件下的CO2和H2體積比是5:13；

(5)反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)為氣體分子數(shù)目減小的放熱反應(yīng)，即反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，若有88gCO2發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，并放出akJ熱量，即參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量==2mol，結(jié)合圖示，則A為2CH3OH(g)+2H2O(g)，B為2CO2(g)+6H2(g)。