Question

以CO₂為碳源制取低碳有機物成為國際研究焦點，下面為CO₂加氫制取乙醇的反應：2CO₂（g）+6H₂（g）

催化劑

CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）-Q（Q＞0）
在密閉容器中，按H₂與CO₂的物質(zhì)的量之比為3：1進行投料，在5MPa下測得不同溫度下平衡體系中各種物質(zhì)的體積分數(shù)（y%）如圖所示．完成下列填空：
（1）表示CH₃CH₂OH體積分數(shù)曲線的是

 

（選填序號）
（2）在一定溫度下反應達到平衡的標志是

 

（選填編號）
a．平衡常數(shù)K不再增大
b．CO₂的轉(zhuǎn)化率不再增大
c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變
d．反應物不再轉(zhuǎn)化為生成物
（3）其他條件恒定，如果想提高CO₂的反應速率，可以采取的反應條件是

 

（選填編號）；達到平衡后，能提高H₂轉(zhuǎn)化率的操作是

 

（選填編號）
a．降低溫度  b．充入更多的H₂ c．移去乙醇   d．增大容器體積
（4）圖中曲線Ⅱ和Ⅲ的交點a對應的體積分數(shù)y_a=

 

%

Answer 1

分析：（1）反應為吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向移動，升高溫度CH₃CH₂OH含量升高，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍；
（2）達到平衡有兩個標志：一是正逆反應速率相等，二是各組分的濃度不再變化，以及由其延伸的量不再變化即是平衡狀態(tài)；
（3）根據(jù)外界條件對反應速率的影響分析判斷速率變化；提高物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的方法是增加另一種物質(zhì)，分離出生成物，改變溫度、壓強使平衡正向移動；
（4）a點為II和III的交點，設此時II C₂H₅OH體積為V，那么III H₂也為V，根據(jù)方程式中的關(guān)系求出CO₂和H₂O的體積，再求體積分數(shù)y_a．

解答：解：反應為吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向移動，升高溫度CH₃CH₂OH含量升高，CO₂與H₂的含量降低，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，符合條件的曲線為II；
故答案為：II；
（2）在一定溫度下反應達到平衡的標志是：
a．平衡常數(shù)K只與溫度有關(guān)，與是否達到平衡狀態(tài)無關(guān)，故a錯誤；
b．CO₂的轉(zhuǎn)化率不再增大，即反應達到限度，是平衡狀態(tài)，故b正確；
c．反應后氣體的物質(zhì)的量減少，質(zhì)量不變，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量逐漸增大，當混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變時即是平衡狀態(tài)，故c正確；
d．反應達到平衡狀態(tài)是正逆反應仍在進行，所以不存在反應物不再轉(zhuǎn)化為生成物的狀態(tài)，故d錯誤；
故答案為：bc；
（3）其他條件恒定，如果想提高CO₂的反應速率，可以采取的反應條件是：
a、降低溫度，反應速率減小，故A錯誤；
b、補充H₂，反應物的濃度增大，反應速率加快，故B正確；
c、移去甲醇，生成物濃度減小，速率降低，平衡向正反應移動，故c錯誤；
d、增大容器體積，各反應物的濃度減小，反應速率降低，故d錯誤；
故答案為：b；
達到平衡后，能提高H₂轉(zhuǎn)化率的操作是：
a、已知該反應為吸熱反應，降低溫度，平衡逆向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，故a不符合；
b、補充H₂，氫氣反應物的濃度增大，提高二氧化碳轉(zhuǎn)化率，本身轉(zhuǎn)化率減小，故b不符合；
c、移去甲醇，生成物濃度減小，平衡向正反應移動，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故c符合；
d、增大容器體積，壓強減小，平衡向逆方向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，故d不符合；
故答案為：b；c；
（4）a點為II和III的交點，設此時II C₂H₅OH體積為V，那么III H₂也為V，可知為CO₂ 為

1

3

V，H₂O為C₂H₅OH的三倍，則為3V，
所以a對應的體積分數(shù)y_a=

V

V+V+ 1 3 V+3V

×100%=18.75%；
故答案為：18.75．

點評：本題考查化學平衡的平衡標志判斷，轉(zhuǎn)化率、反應速率的變化分析，化學反應速率的影響因素分析判斷，平衡移動原理的應用，題目難度中等．