Question

【题目】二氧化碳减排和再利用技术是促进工业可持续发展和社会环保的重要措施。

（1）将工业废气中的二氧化碳转化为甲醇，其原理是：CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) △H=-53.7kJ/mol。308K时，向2L密闭容器中通入0.04 mol CO2和0.08 mol H2，测得其压强(p)随时间(t)变化如图1中曲线I所示。

①反应开始至达平衡时，υ(H2)=________；该温度下反应的平衡常数为______。

②若其他条件相同时，只改变某一条件，曲线变化为II，则改变的条件是_____。

（2）还可以通过以下途径实现CO2向CH3OH的转化：

反应I：CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g) △H<0

反应Ⅱ：2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H<0

反应I和反应Ⅱ的平衡常数K随温度T的变化如图2所示。

①根据图中数据分析可知，T1____T2（填“>”、“<”或“=”）；T2时，CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g)的平衡常数K=_____。

②某科研小组采用反应Ⅱ来合成甲醇，在450℃时，研究了n(H2):n(CO)分别为2:1、3:1时CO转化率的变化情况(如图3)，则图中表示n(H2)：n(CO)=3:1的变化曲线为______ (填“曲线a"或“曲线b”)。

（3）某同学将H2、CO2的混合气体充入一个密闭容器中，控制其他条件不变，改变起始物中H2、CO2的物质的量之比（用n表示）进行反应2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g)△H=QkJ/mol，实验结果如图4所示（图中T表示温度）：

①若图像中T1>T2，则Q______0

②比较a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物CO2的转化率最高的是____________，n=______

Answer 1

【答案】0.006mol/(L﹒min) 104 催化剂 < 8 曲线a < c 3

【解析】

（1）①利用平衡时的压强和起始时的压强计算CO2的转化量，进一步计算氢气的反应速率；

②由图可追改变条件只缩短了反应到达平衡状态的时间，压强不发生变化；

（2）①反应I和反应Ⅱ均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小；根据反应I和反应Ⅱ的平衡常数推导出反应CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g)的平衡常数；

②增加反应物的量，平衡正向移动，CO的转化率增大；

（3）①升高温度乙醇的百分含量降低，平衡逆向移动；

②由图可知曲线上各点均处于平衡状态，n表示H2、CO2的物质的量之比，达到平衡后，增大氢气的用量，平衡正向移动，CO2的转化率增大；根据b点乙醇的百分含量最大进行分析。

（1）①设CO2转化了x mol/L

CO2(g)　+　3H2(g)　　H2O(g)　+　CH3OH(g)

始(mol/L) 0.02 0.04 0 0

转(mol/L) x 3x x x

平(mol/L) 0.02-x 0.04-3x x x

==，解得x=0.01mol/L，υ(H2)===0.006mol/(L﹒min)；

K===10000=104；

②由图可知改变条件只缩短了反应到达平衡状态的时间，压强不发生变化，催化剂只改变反应速率，平衡不移动，因此改变的条件是加入催化剂；

（2）①反应I和反应Ⅱ均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，因此有T1<T2；反应I的平衡常数K1=，K2=，反应CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g)的平衡常数K==K1K2=4×2=8；

②n(H2)：n(CO)=3:1相当于增加反应物的量，使平衡正向移动，CO的转化率增大，因此表示n(H2)：n(CO)=3:1的变化曲线为曲线a；

（3）①升高温度乙醇的百分数降低，平衡逆向移动，说明正向为放热反应，△H<0，即Q<0；

②由图可知曲线上个点均处于平衡状态，n表示H2、CO2的物质的量之比，达到平衡后，增大氢气的用量，平衡正向移动，CO2的转化率增大，因此a、b、c三点中，转化率最高的是c点；B点时乙醇的含量最高，此时===3。