Question

【題目】二氧化碳減排和再利用技術(shù)是促進(jìn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)環(huán)保的重要措施。

（1）將工業(yè)廢氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇，其原理是：CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H=-53.7kJ/mol。308K時(shí)，向2L密閉容器中通入0.04 mol CO2和0.08 mol H2，測(cè)得其壓強(qiáng)(p)隨時(shí)間(t)變化如圖1中曲線I所示。

①反應(yīng)開始至達(dá)平衡時(shí)，υ(H2)=________；該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為______。

②若其他條件相同時(shí)，只改變某一條件，曲線變化為II，則改變的條件是_____。

（2）還可以通過以下途徑實(shí)現(xiàn)CO2向CH3OH的轉(zhuǎn)化：

反應(yīng)I：CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) △H<0

反應(yīng)Ⅱ：2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H<0

反應(yīng)I和反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K隨溫度T的變化如圖2所示。

①根據(jù)圖中數(shù)據(jù)分析可知，T1____T2（填“>”、“<”或“=”）；T2時(shí)，CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g)的平衡常數(shù)K=_____。

②某科研小組采用反應(yīng)Ⅱ來合成甲醇，在450℃時(shí)，研究了n(H2):n(CO)分別為2:1、3:1時(shí)CO轉(zhuǎn)化率的變化情況(如圖3)，則圖中表示n(H2)：n(CO)=3:1的變化曲線為______ (填“曲線a"或“曲線b”)。

（3）某同學(xué)將H2、CO2的混合氣體充入一個(gè)密閉容器中，控制其他條件不變，改變起始物中H2、CO2的物質(zhì)的量之比（用n表示）進(jìn)行反應(yīng)2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g)△H=QkJ/mol，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示（圖中T表示溫度）：

①若圖像中T1>T2，則Q______0

②比較a、b、c三點(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物CO2的轉(zhuǎn)化率最高的是____________，n=______

Answer 1

【答案】0.006mol/(L﹒min) 104 催化劑 < 8 曲線a < c 3

【解析】

（1）①利用平衡時(shí)的壓強(qiáng)和起始時(shí)的壓強(qiáng)計(jì)算CO2的轉(zhuǎn)化量，進(jìn)一步計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率；

②由圖可追改變條件只縮短了反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)的時(shí)間，壓強(qiáng)不發(fā)生變化；

（2）①反應(yīng)I和反應(yīng)Ⅱ均為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小；根據(jù)反應(yīng)I和反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)推導(dǎo)出反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g)的平衡常數(shù)；

②增加反應(yīng)物的量，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大；

（3）①升高溫度乙醇的百分含量降低，平衡逆向移動(dòng)；

②由圖可知曲線上各點(diǎn)均處于平衡狀態(tài)，n表示H2、CO2的物質(zhì)的量之比，達(dá)到平衡后，增大氫氣的用量，平衡正向移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率增大；根據(jù)b點(diǎn)乙醇的百分含量最大進(jìn)行分析。

（1）①設(shè)CO2轉(zhuǎn)化了x mol/L

CO2(g)　+　3H2(g)　　H2O(g)　+　CH3OH(g)

始(mol/L) 0.02 0.04 0 0

轉(zhuǎn)(mol/L) x 3x x x

平(mol/L) 0.02-x 0.04-3x x x

==，解得x=0.01mol/L，υ(H2)===0.006mol/(L﹒min)；

K===10000=104；

②由圖可知改變條件只縮短了反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)的時(shí)間，壓強(qiáng)不發(fā)生變化，催化劑只改變反應(yīng)速率，平衡不移動(dòng)，因此改變的條件是加入催化劑；

（2）①反應(yīng)I和反應(yīng)Ⅱ均為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，因此有T1<T2；反應(yīng)I的平衡常數(shù)K1=，K2=，反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g)的平衡常數(shù)K==K1K2=4×2=8；

②n(H2)：n(CO)=3:1相當(dāng)于增加反應(yīng)物的量，使平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，因此表示n(H2)：n(CO)=3:1的變化曲線為曲線a；

（3）①升高溫度乙醇的百分?jǐn)?shù)降低，平衡逆向移動(dòng)，說明正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，△H<0，即Q<0；

②由圖可知曲線上個(gè)點(diǎn)均處于平衡狀態(tài)，n表示H2、CO2的物質(zhì)的量之比，達(dá)到平衡后，增大氫氣的用量，平衡正向移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，因此a、b、c三點(diǎn)中，轉(zhuǎn)化率最高的是c點(diǎn)；B點(diǎn)時(shí)乙醇的含量最高，此時(shí)===3。