Question

以CO₂為碳源制取低碳有機(jī)物成為國際研究焦點(diǎn)，下面為CO₂加氫制取低碳醇的熱力學(xué)數(shù)據(jù)：
反應(yīng)I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0  kJ?mol^-1
反應(yīng)II：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ?mol^-1
（1）寫出由CH₃CH₂OH+

H₂O

?2CH₃OH的熱化學(xué)方程式為：

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

．
（2）在一定條件下，對(duì)于反應(yīng)I：在體積恒定的密閉容器中，達(dá)到平衡的標(biāo)志是

bf

（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(yīng)速率為0　　 　　  d．v_正（CO₂）=3v_逆（H₂）
e．混合氣體的密度不再發(fā)生改變    f．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再發(fā)生改變
如果平衡常數(shù)K值變大，該反應(yīng)

ad

（填字母）
a．一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)　　　 b．在平衡移動(dòng)時(shí)正反應(yīng)速率先增大后減小
c．一定向逆反應(yīng)方向移動(dòng)　　　 d．在平衡移動(dòng)時(shí)逆反應(yīng)速率先減小后增大
其他條件恒定，如果想提高CO₂的反應(yīng)速率，可以采取的反應(yīng)條件是

bd

（填字母），達(dá)到平衡后，想提高H₂轉(zhuǎn)化率的是

ac

（填字母）
a、降低溫度     b、補(bǔ)充H₂      c、移去甲醇   d、加入催化劑
（3）在密閉容器中，對(duì)于反應(yīng)II中，研究員以生產(chǎn)乙醇為研究對(duì)象，在5MPa、m=n（H₂）/n（CO₂）=3時(shí)，測(cè)得不同溫度下平衡體系中各種物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)（y%）如圖1所示，則表示CH₃CH₂OH體積分?jǐn)?shù)曲線的是

Ⅰ

；表示CO₂的體積分?jǐn)?shù)曲線的是

Ⅲ

．
（4）當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．如圖2是反應(yīng)：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(shí)間（t）的變化曲線，若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖2中畫出NO的濃度在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線，并注明條件．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（2）從化學(xué)平衡的定義來看，判斷一個(gè)可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡有兩個(gè)標(biāo)志：一是正逆反應(yīng)速率相等，二是各組分的濃度不再變化；
平衡常數(shù)隨溫度變化，依據(jù)平衡常數(shù)概念結(jié)合平衡常數(shù)變化和平衡移動(dòng)原理分析平衡發(fā)生移動(dòng)的方向；
根據(jù)外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響分析判斷速率變化，提高物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的方法是增加另一種物質(zhì)，分離出生成物，改變溫度、壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行；
（3）反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，即向逆反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO₂與H₂的含量增大，開始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂與CO₂反應(yīng)按3：1進(jìn)行，平衡時(shí)H₂的含量是CO₂的含量三倍，平衡時(shí)H₂的含量比二氧化碳高；平衡時(shí)CH₃CH₂OH與H₂O的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O按1：3反應(yīng)，平衡時(shí)H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，平衡時(shí)H₂O的含量高；
（4）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素分析判斷，達(dá)到平衡的時(shí)間越小，反應(yīng)速率越快，固體接觸面積增大，加快反應(yīng)速率不改變平衡，依據(jù)起點(diǎn)、變化趨勢(shì)、終點(diǎn)的特征畫出；

解答：（1）已知：反應(yīng)I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0 kJ?mol^-1
反應(yīng)II：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律I×2-Ⅱ得：CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）=2CH₃OH（g）；△H=+75.6 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）=2CH₃OH（g）；△H=+75.6 kJ?mol^-1；
（2）a．CO₂和CH₃OH 濃度相等，不能證明正逆反應(yīng)速率相同，故a不符合；　 　　　
b．H₂O的百分含量保持不變，說明反應(yīng)已達(dá)到平衡，符合平衡標(biāo)志，故b符合；
c．反應(yīng)速率是單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)濃度的變化計(jì)算，平衡是動(dòng)態(tài)平衡，平衡狀態(tài)時(shí)H₂的平均反應(yīng)速率為0，不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故c不符合；　 　　
d．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式的系數(shù)之比，v_正（CO₂）=3v_逆（H₂），證明氫氣的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，可以證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故d符合；
e．混合氣體在恒容密閉容器中質(zhì)量守恒，體積相同，過程中混合氣體的密度不發(fā)生改變，故e不符合；
f．反應(yīng)前后氣體體積變化，混合氣體質(zhì)量不變，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再發(fā)生改變，說明氣體物質(zhì)的量不變，證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故f符合；
故答案為：bf；
如果平衡常數(shù)K值變大說明平衡正向進(jìn)行；
a．平衡正向反應(yīng)方向移動(dòng)，故a正確；　　
b．在平衡移動(dòng)時(shí)正反應(yīng)速率先增大后減小，
c．平衡常數(shù)增大說明反應(yīng)正向進(jìn)行，故c錯(cuò)誤；　　　
d．在平衡移動(dòng)時(shí)逆反應(yīng)速率先減小后增大
故答案為：ad；
a、降低溫度，反應(yīng)速率減小，故A錯(cuò)誤；
b、補(bǔ)充H₂，反應(yīng)物的濃度增大，反應(yīng)速率加快，故B正確；
c、移去甲醇，生成物濃度減小，速率降低，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；
c、加入催化劑，改變反應(yīng)歷程，反應(yīng)速率加快，故D正確．
故答案為：bd；
達(dá)到平衡后，想提高H₂轉(zhuǎn)化率的：
a、降低溫度，反應(yīng)速率減小，平衡正向進(jìn)行，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，故a符合；
b、補(bǔ)充H₂，氫氣反應(yīng)物的濃度增大，提高二氧化碳轉(zhuǎn)化率，本身轉(zhuǎn)化率減小，故b不符合；
c、移去甲醇，生成物濃度減小，速率降低，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故c符合；
d、加入催化劑，改變反應(yīng)歷程，反應(yīng)速率加快，平衡不動(dòng)，故d不符合；
故答案為：ac；
（3）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO₂與H₂的含量增大，CH₃CH₂OH與H₂O的含量降低．
開始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂與CO₂反應(yīng)按3：1進(jìn)行，平衡時(shí)H₂的含量是CO₂的含量三倍；
CH₃CH₂OH與H₂O按1：3反應(yīng)，平衡時(shí)H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍．
曲線Ⅰ、曲線Ⅱ隨溫度升高含量降低，且曲線Ⅱ的含量高，所以曲線Ⅰ表示CH₃CH₂OH、曲線Ⅱ表示H₂O．
曲線Ⅲ、曲線Ⅳ隨溫度升高含量增大，且曲線Ⅳ的含量高，所以曲線Ⅲ表示CO₂、曲線Ⅳ表示H₂．
故答案為：I； III．
（4）當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，增大固體催化劑的表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率．如圖2是反應(yīng)：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(shí)間（t）的變化曲線，若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖2中畫出NO的濃度在T₁、S₂條件下達(dá)到平衡過程中的變化曲線，依據(jù)圖象分析T₁＜T₂，反應(yīng)速率大于T₁ S₂，小于T₂ S₁，增大接觸面積會(huì)增大反應(yīng)速率，但最后平衡狀態(tài)不變，最終一氧化氮濃度和T₁溫度下相同，畫曲線時(shí)注意起始點(diǎn)相同、變化趨勢(shì)反應(yīng)速率增大、拐點(diǎn)的含義；得到圖象為：






故答案為：

點(diǎn)評(píng)：本題考查了反應(yīng)能量變化的應(yīng)用，蓋斯定律的分析判斷，化學(xué)平衡的平衡標(biāo)志判斷，轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率的變化分析，化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素分析判斷，平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用，題目難度中等．