Question

【题目】以CO2为碳源制取低碳有机物成为国际研究焦点，下面为CO2加氢制取乙醇的反应：2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)△H=- QkJ/mol(Q>0)，在密闭容器中，按H2与CO2的物质的量之比为3:1进行投料，在5MPa下测得不同温度下平衡体系中各种物质的体积分数(y%)如下图所示。

(1)表示CH3CH2OH体积分数曲线的是_______（选填序号）；在一定温度下反应达到平衡的标志是______（选填编号)

a.平衡常数K不再增大

b.CO2的转化率不再增大

c.混合气体的平均相对分子质量不再改变　

d.反应物不再转化为生成物

(2)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_______(选填编号)；达到平衡后，能提高H2转化率的操作是_______(选填编号)

a.降低温度 b.充入更多的H2 c.移去乙醇 d.增大容器体积

(3)图中曲线II和III的交点a对应物质的体积分数ya=_______%

Answer 1

【答案】II bc b ac 18.75

【解析】

(1)根据反应生成CH3CH2OH与H2O的物质的量关系分析判断；

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，以及由其延伸的量不再变化即是平衡状态；

(2)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、压强使平衡正向移动；

(3)a点为II和III的交点，设此时II 表示的C2H5OH体积为V，那么III 表示的H2也为V，根据方程式中的关系求出CO2和H2O的体积，再求体积分数。

(1)在反应2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)中：每反应消耗2molCO2，同时会生成1mol CH3CH2OH(g)，同时生成3molH2O(g)。生成的CH3CH2OH的物质的量是水的三分之一，所以符合条件的曲线为II；

a.化学平衡常数K只与温度有关，与是否达到平衡状态无关，a错误；

b.CO2的转化率不再增大，即反应达到限度，反应处于平衡状态，b正确；

c.反应后气体的物质的量减少，质量不变，所以混合气体的平均相对分子质量逐渐增大，当混合气体的平均相对分子质量不再改变时即是平衡状态，c正确；

d.反应达到平衡状态时正、逆反应仍在进行，任何物质单位时间内的消耗量与生成物相等，物质的浓度不变，所以不存在反应物不再转化为生成物的状态，d错误；

故合理选项是bc；

(2)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：

a.降低温度，反应速率减小，a错误；

b.补充H2，反应物的浓度增大，反应速率加快，化学平衡正向移动，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，c错误；

d.增大容器体积，各反应物的浓度减小，反应速率降低，d错误；

故合理选项是b；

达到平衡后，可以提高反应物H2转化率，就是使化学平衡正向移动。

a.已知该反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，氢气的转化率增大，a符合题意；

b.补充H2，氢气反应物的浓度增大，提高二氧化碳转化率，H2转化率减小，b不符合题意；

c.移去甲醇，生成物浓度减小，平衡向正反应移动，H2转化率增大，c符合题意；

d.增大容器体积，压强减小，化学平衡向逆方向移动，H2的转化率减小，d不符合题意；

故合理选项是ac；

(3)在该图象中，III表示H2，IV表示CO2，I表示H2O，II表示C2H5OH。a点为II和III的交点，设此时II表示的 C2H5OH体积为V，那么III 表示的H2也为V，由于加入的H2、CO2的比是3：1，反应也是按照3：1关系进行，所以可知为CO2 为V，H2O为C2H5OH的三倍，则为3V，所以a对应的体积分数ya=×100%=18.75%。