Question

【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(可逆反应)，这在节能减排、降低碳排放方面具有重大意义。回答下列问题：

（1）该反应的化学方程式______________________________________________。

（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）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。

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＝1.5时，H2的转化率为________。

③在500 K、起始投料比＝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________。

Answer 1

【答案】2CO2＋6H2=CH3CH2OH＋3H2Oab正反应40%1.5amol·L－1

【解析】

（1）根据信息写出方程式；

（2）反应到达平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各物质的浓度、百分含量不变，可以及由此衍生的一些量也不发生变化，由此进行判断；

（3）①体积图象可知，温度低时对应的CO2的转化率大，说明该反应为放热反应；

②700K，起始投料比n(H2)/n(CO2)═1.5时时，二氧化碳的转化率为20%，求氢气的变化量，从而求出转化率；

③在500K、起始投料比比n(H2)/n(CO2)=2时，CO2的转化率为60%，

则 2CO2（g）+6H2（g）CH3CH2OH（g）+3H2O（g）

设初起量：3 6 0 0

变化量： 1.8 5.4 0.9 2.7

所以H2的转化率为5.4/6×100%=90%，又达到平衡后H2的浓度为amol·L-1，则反应消耗的H2的浓度为9amol·L-1，再根据系数比计算达到平衡时CH3CH2OH的浓度。

（1）当温度高于500K时，科学家成功利用二氧化碳和氢气合成了1mol乙醇和水，方程式为：2CO2+6H2=CH3CH2OH+3H2O；

（2）a．混合气体的物质的量减小，则体系压强一直在减小，当体系压强不再改变，能说明到达平衡，故a正确；

b．H2的浓度不再改变，能说明到达平衡，故b正确；

c．容器的体积不变，混合气体的质量不变，混合气体的密度为定值，不能根据密度判断平衡状态，故c错误；

d．单位时间内消耗H2和CO2的物质的量之比为3：1，指正反应方向，所以不能说明到达平衡，故d错误；

故选ab；

（3）23g乙醇完全燃烧生成CO2和液态H2O时放出650kJ的热量，23g乙醇的物质的量为：23g/46g·mol－1=0.5mol，1mol乙醇完全燃烧产生的热量是1300kJ，乙醇燃烧的热化学方程式是：C2H5OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l）△H=-1300kJ·mol－1；

（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，说明该反应正反应为放热反应，则降低温度平衡向着正反应方向移动；

②700K，起始投料比n(H2)/n(CO2)=1.5时，CO2的转化率为20%，

则 2CO2（g）+6H2（g）CH3CH2OH（g）+3H2O（g）

设初起量：4 6 0 0

变化量：0.8 2.4 0.4 3.2

所以H2的转化率为：2.4/6×100%=40%；

③在500K、起始投料比n(H2)/n(CO2)=2时，CO2的转化率为60%，

则 2CO2（g）+6H2（g）CH3CH2OH（g）+3H2O（g）

设初起量：3 6 0 0

变化量： 1.8 5.4 0.9 2.7

所以H2的转化率为：5.4/6×100%=90%，又达到平衡后H2的浓度为amol·L-1，则反应消耗的H2的浓度为9amol·L-1，所以达到平衡时CH3CH2OH的浓度为：9a/6mol·L-1=1.5amol·L-1