Question

以CO₂为碳源制取低碳有机物成为国际研究焦点，下面为CO₂加氢制取低碳醇的热力学数据：
反应I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0  kJ?mol^-1
反应II：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ?mol^-1
（1）写出由CH₃CH₂OH+______?2CH₃OH的热化学方程式为：______．
（2）在一定条件下，对于反应I：在体积恒定的密闭容器中，达到平衡的标志是______（填字母）
a．CO₂和CH₃OH 浓度相等   b．H₂O的百分含量保持不变
c．H₂的平均反应速率为0     d．v_正（CO₂）=3v_逆（H₂）
e．混合气体的密度不再发生改变    f．混合气体的平均相对分子质量不再发生改变
如果平衡常数K值变大，该反应______（填字母）
a．一定向正反应方向移动  b．在平衡移动时正反应速率先增大后减小
c．一定向逆反应方向移动  d．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
其他条件恒定，如果想提高CO₂的反应速率，可以采取的反应条件是______（填字母），达到平衡后，想提高H₂转化率的是______（填字母）
a、降低温度     b、补充H₂      c、移去甲醇   d、加入催化剂
（3）在密闭容器中，对于反应II中，研究员以生产乙醇为研究对象，在5MPa、m=n（H₂）/n（CO₂）=3时，测得不同温度下平衡体系中各种物质的体积分数（y%）如图1所示，则表示CH₃CH₂OH体积分数曲线的是______；表示CO₂的体积分数曲线的是______．
（4）当质量一定时，增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率．如图2是反应：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g） 中NO的浓度随温度（T）、催化剂表面积（S）和时间（t）的变化曲线，若催化剂的表面积S₁＞S₂，在图2中画出NO的浓度在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线，并注明条件．

Answer 1

【答案】分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）从化学平衡的定义来看，判断一个可逆反应是否达到平衡有两个标志：一是正逆反应速率相等，二是各组分的浓度不再变化；
平衡常数随温度变化，依据平衡常数概念结合平衡常数变化和平衡移动原理分析平衡发生移动的方向；
根据外界条件对反应速率的影响分析判断速率变化，提高物质转化率的方法是增加另一种物质，分离出生成物，改变温度、压强平衡正向进行；
（3）反应为放热反应，升高温度平衡向吸热反应方向移动，即向逆反应移动，平衡时CO₂与H₂的含量增大，开始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂与CO₂反应按3：1进行，平衡时H₂的含量是CO₂的含量三倍，平衡时H₂的含量比二氧化碳高；平衡时CH₃CH₂OH与H₂O的含量降低，CH₃CH₂OH与H₂O按1：3反应，平衡时H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，平衡时H₂O的含量高；
（4）依据化学反应速率的影响因素分析判断，达到平衡的时间越小，反应速率越快，固体接触面积增大，加快反应速率不改变平衡，依据起点、变化趋势、终点的特征画出；
解答：（1）已知：反应I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0 kJ?mol^-1
反应II：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ?mol^-1
根据盖斯定律I×2-Ⅱ得：CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）=2CH₃OH（g）；△H=+75.6 kJ?mol^-1；
故答案为：CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）=2CH₃OH（g）；△H=+75.6 kJ?mol^-1；
（2）a．CO₂和CH₃OH 浓度相等，不能证明正逆反应速率相同，故a不符合；
b．H₂O的百分含量保持不变，说明反应已达到平衡，符合平衡标志，故b符合；
c．反应速率是单位时间内物质浓度的变化计算，平衡是动态平衡，平衡状态时H₂的平均反应速率为0，不能证明反应达到平衡，故c不符合；
d．反应速率之比等于化学方程式的系数之比，v_正（CO₂）=3v_逆（H₂），证明氢气的正反应速率等于逆反应速率，可以证明反应达到平衡，故d符合；
e．混合气体在恒容密闭容器中质量守恒，体积相同，过程中混合气体的密度不发生改变，故e不符合；
f．反应前后气体体积变化，混合气体质量不变，混合气体的平均相对分子质量不再发生改变，说明气体物质的量不变，证明反应达到平衡，故f符合；
故答案为：bf；
如果平衡常数K值变大说明平衡正向进行；
a．平衡正向反应方向移动，故a正确；
b．在平衡移动时正反应速率先增大后减小，
c．平衡常数增大说明反应正向进行，故c错误；
d．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
故答案为：ad；
a、降低温度，反应速率减小，故A错误；
b、补充H₂，反应物的浓度增大，反应速率加快，故B正确；
c、移去甲醇，生成物浓度减小，速率降低，平衡向正反应移动，故C错误；
c、加入催化剂，改变反应历程，反应速率加快，故D正确．
故答案为：bd；
达到平衡后，想提高H₂转化率的：
a、降低温度，反应速率减小，平衡正向进行，氢气的转化率增大，故a符合；
b、补充H₂，氢气反应物的浓度增大，提高二氧化碳转化率，本身转化率减小，故b不符合；
c、移去甲醇，生成物浓度减小，速率降低，平衡向正反应移动，氢气转化率增大，故c符合；
d、加入催化剂，改变反应历程，反应速率加快，平衡不动，故d不符合；
故答案为：ac；
（3）该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，平衡时CO₂与H₂的含量增大，CH₃CH₂OH与H₂O的含量降低．
开始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂与CO₂反应按3：1进行，平衡时H₂的含量是CO₂的含量三倍；
CH₃CH₂OH与H₂O按1：3反应，平衡时H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍．
曲线Ⅰ、曲线Ⅱ随温度升高含量降低，且曲线Ⅱ的含量高，所以曲线Ⅰ表示CH₃CH₂OH、曲线Ⅱ表示H₂O．
曲线Ⅲ、曲线Ⅳ随温度升高含量增大，且曲线Ⅳ的含量高，所以曲线Ⅲ表示CO₂、曲线Ⅳ表示H₂．
故答案为：I； III．
（4）当质量一定时，增大固体催化剂的表面积可提高化学反应速率．如图2是反应：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g） 中NO的浓度随温度（T）、催化剂表面积（S）和时间（t）的变化曲线，若催化剂的表面积S₁＞S₂，在图2中画出NO的浓度在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线，依据图象分析T₁＜T₂，反应速率大于T₁ S₂，小于T₂ S₁，增大接触面积会增大反应速率，但最后平衡状态不变，最终一氧化氮浓度和T₁温度下相同，画曲线时注意起始点相同、变化趋势反应速率增大、拐点的含义；得到图象为：






故答案为：
点评：本题考查了反应能量变化的应用，盖斯定律的分析判断，化学平衡的平衡标志判断，转化率、反应速率的变化分析，化学反应速率的影响因素分析判断，平衡移动原理的应用，题目难度中等．