Question

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

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

①反應開始至達平衡時，υ(H2)=________；該溫度下反應的平衡常數為______。

②若其他條件相同時，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現CO2向CH3OH的轉化：

反應I：CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) △H<0

反應Ⅱ：2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H<0

反應I和反應Ⅱ的平衡常數K隨溫度T的變化如圖2所示。

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

②某科研小組采用反應Ⅱ來合成甲醇，在450℃時，研究了n(H2):n(CO)分別為2:1、3:1時CO轉化率的變化情況(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）某同學將H2、CO2的混合氣體充入一個密閉容器中，控制其他條件不變，改變起始物中H2、CO2的物質的量之比（用n表示）進行反應2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g)△H=QkJ/mol，實驗結果如圖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三點所處的平衡狀態(tài)中，反應物CO2的轉化率最高的是____________，n=______

Answer 1

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

【解析】

（1）①利用平衡時的壓強和起始時的壓強計算CO2的轉化量，進一步計算氫氣的反應速率；

②由圖可追改變條件只縮短了反應到達平衡狀態(tài)的時間，壓強不發(fā)生變化；

（2）①反應I和反應Ⅱ均為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減��；根據反應I和反應Ⅱ的平衡常數推導出反應CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g)的平衡常數；

②增加反應物的量，平衡正向移動，CO的轉化率增大；

（3）①升高溫度乙醇的百分含量降低，平衡逆向移動；

②由圖可知曲線上各點均處于平衡狀態(tài)，n表示H2、CO2的物質的量之比，達到平衡后，增大氫氣的用量，平衡正向移動，CO2的轉化率增大；根據b點乙醇的百分含量最大進行分析。

（1）①設CO2轉化了x mol/L

CO2(g)　+　3H2(g)　　H2O(g)　+　CH3OH(g)

始(mol/L) 0.02 0.04 0 0

轉(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到達平衡狀態(tài)的時間，壓強不發(fā)生變化，催化劑只改變反應速率，平衡不移動，因此改變的條件是加入催化劑；

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

②n(H2)：n(CO)=3:1相當于增加反應物的量，使平衡正向移動，CO的轉化率增大，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數降低，平衡逆向移動，說明正向為放熱反應，△H<0，即Q<0；

②由圖可知曲線上個點均處于平衡狀態(tài)，n表示H2、CO2的物質的量之比，達到平衡后，增大氫氣的用量，平衡正向移動，CO2的轉化率增大，因此a、b、c三點中，轉化率最高的是c點；B點時乙醇的含量最高，此時===3。