题目内容
【题目】当温度高于 500 K 时，科学家成功利用二氧化碳和氢气合成了乙醇，这在节能减排、降低碳排放方面具有重大意义。
(1)该反应的化学方程式为________________；其平衡常数表达式为K＝________。
(2)在恒容密闭容器中，判断上述反应达到平衡状态的依据是________。
a．体系压强不再改变 b．H2的浓度不再改变 c．气体的密度不随时间改变 d．单位时间内消耗 H2和 CO2的物质的量之比为 3∶1
(3)已知：1 g 氢气完全燃烧生成液态水，放出 143 kJ 热量；23 g 乙醇完全燃烧生成液态水和二氧化碳，放出 650 kJ 热量，则氢气和乙醇的燃烧热的比值为________。(要求计算出数值)
(4)在一定压强下，测得由 CO2制取 CH3CH2OH 的实验数据中，起始投料比、温度与 CO2的转化率的关系如图所示，根据图中数据
①降低温度，平衡向________方向移动。
②在 700 K、起始投料比 n(H2)/n(CO2)＝1.5 时，H2的转化率为________。
③在 500 K、起始投料比n(H2)/n(CO2)＝2 时， 达到平衡后 H2的浓度为a mol·L－1，则达到平衡时 CH3CH2OH 的浓度为________。
【答案】2CO2 +6H2
C2H5OH+3H2O c(C2H5OH)·c3(H2O)/[c6(H2)·c2(CO2)] ab 0.22 正反应 40% 1.5a mol/L
【解析】
(1)根据二氧化碳和氢气在高于500K时合成了乙醇及原子守恒书写化学方程式，化学平衡常数为生成物浓度的化学计量数次幂的乘积与各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积的比值解题；
(2)在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不变，所有物质均为气体，故在恒容状态下气体的密度恒为定值，根据化学方程式可知，任何单位时间内消耗H2和CO2的物质的量之比均为3:1，以此分析；
(3)根据在25℃，101kPa时，lmol某物质完全燃烧时生成稳定产物的反应热，称为该物质的燃烧热，分别写出氢气和乙醇燃烧的热化学方程式，并进行计算；
(4)①由图可知，横坐标为投料比，纵坐标为CO2的转化率，曲线为等温线，则相同投料比时温度低对应的CO2的转化率大，以此分析①；②由图可知，在700K，起始投料比n(H2)/n(CO2)=1.5时，二氧化碳转化率为20%，令CO2、H2的起始物质的量分别为1mol、1.5mol，转化的二氧化碳为0.2mol，根据化学方程式可知转化的氢气为0.6mol，进而计算H2的转化率；③设起始时c(CO2)=xmol·L-1，则起始时c(H2)=2xmol·L-1，利用三段式分析解答。
(1)该反应的化学方程式为：2CO2(g)+6H2(g) 
CH3CH2OH(g)+3H2O(g)；该反应的平衡常数表达式为K=c(C2H5OH)·c3(H2O)/[c6(H2)·c2(CO2)]；
(2)a、该反应为气体分子数减小的化学反应，当体系的压强不再改变时，反应达到平衡状态，故a符合题意；
b、H2的浓度不再改变，说明反应达到平衡状态，故b符合题意；
c、由于在500K时，所有物质均为气体，故在恒容状态下气体的密度恒为定值，密度不变不能说明反应达到平衡状态，故c不符合题意；
d、根据化学方程式可知，任何单位时间内消耗H2和CO2的物质的量之比均为3:1，故d不符合题意；
综上所述，本题应选ab；
(3)由题给信息可分别写出氢气和乙醇燃烧热表示的热化学方程式：H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)△H=-286kJ/mol、CH3CH2OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H=-1300kJ/mol，从而可求得氢气和乙醇的燃烧热的比值为286kJ/mol:1300kJ/mol=0.22；
(4)①由图可知，横坐标为投料比，纵坐标为CO2的转化率，曲线为等温线，则相同投料比时温度低对应的CO2的转化率大，即降低温度平衡向正反应方向移动；
②由图可知，在700K，起始投料比n（H2）/n（CO2）=1.5时，二氧化碳转化率为20%，令CO2、H2的起始物质的量分别为1mol、1.5mol，转化的二氧化碳为1mol×20%=0.2mol，根据化学方程式可知转化的氢气为0.2mol×3=0.6mol，H2的转化率为0.6mol÷1.5mol×100%=40%；
③设起始时c(CO2)=xmol·L-1，则起始时c(H2)=2xmol·L-1，有
2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g)
起始(mol/L) x 2x 0 0
转化(mol/L) 0.6x 1.8x 0.3x 0.9x
平衡(mol/L) 0.4x 0.2x 0.3x 0.9x
0.2x=a，得x=5a，平衡时c(CH3CH2OH)=0.3xmol·L-1=1.5amol·L-1。
