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加氫制取低碳醇的熱力學數據：
反應I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0  kJ?mol^-1
反應II：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ?mol^-1
（1）寫出由CH₃CH₂OH+

H₂O

?2CH₃OH的熱化學方程式為：

CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）=2CH₃OH（g）；△H=+75.6 kJ?mol^-1

．
（2）在一定條件下，對于反應I：在體積恒定的密閉容器中，達到平衡的標志是

bf

（填字母）
a．CO₂和CH₃OH 濃度相等　　 　　　b．H₂O的百分含量保持不變
c．H₂的平均反應速率為0　　 　　  d．v_正（CO₂）=3v_逆（H₂）
e．混合氣體的密度不再發(fā)生改變    f．混合氣體的平均相對分子質量不再發(fā)生改變
如果平衡常數K值變大，該反應

ad

（填字母）
a．一定向正反應方向移動　　　 b．在平衡移動時正反應速率先增大后減小
c．一定向逆反應方向移動　　　 d．在平衡移動時逆反應速率先減小后增大
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

bd

（填字母），達到平衡后，想提高H₂轉化率的是

ac

（填字母）
a、降低溫度     b、補充H₂      c、移去甲醇   d、加入催化劑
（3）在密閉容器中，對于反應II中，研究員以生產乙醇為研究對象，在5MPa、m=n（H₂）/n（CO₂）=3時，測得不同溫度下平衡體系中各種物質的體積分數（y%）如圖1所示，則表示CH₃CH₂OH體積分數曲線的是

Ⅰ

；表示CO₂的體積分數曲線的是

Ⅲ

．
（4）當質量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應速率．如圖2是反應：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g） 中NO的濃度隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時間（t）的變化曲線，若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖2中畫出NO的濃度在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線，并注明條件．

Answer 1

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）從化學平衡的定義來看，判斷一個可逆反應是否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；
平衡常數隨溫度變化，依據平衡常數概念結合平衡常數變化和平衡移動原理分析平衡發(fā)生移動的方向；
根據外界條件對反應速率的影響分析判斷速率變化，提高物質轉化率的方法是增加另一種物質，分離出生成物，改變溫度、壓強平衡正向進行；
（3）反應為放熱反應，升高溫度平衡向吸熱反應方向移動，即向逆反應移動，平衡時CO₂與H₂的含量增大，開始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂與CO₂反應按3：1進行，平衡時H₂的含量是CO₂的含量三倍，平衡時H₂的含量比二氧化碳高；平衡時CH₃CH₂OH與H₂O的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O按1：3反應，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，平衡時H₂O的含量高；
（4）依據化學反應速率的影響因素分析判斷，達到平衡的時間越小，反應速率越快，固體接觸面積增大，加快反應速率不改變平衡，依據起點、變化趨勢、終點的特征畫出；

解答：（1）已知：反應I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0 kJ?mol^-1
反應II：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=-173.6kJ?mol^-1
根據蓋斯定律I×2-Ⅱ得：CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）=2CH₃OH（g）；△H=+75.6 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）=2CH₃OH（g）；△H=+75.6 kJ?mol^-1；
（2）a．CO₂和CH₃OH 濃度相等，不能證明正逆反應速率相同，故a不符合；　 　　　
b．H₂O的百分含量保持不變，說明反應已達到平衡，符合平衡標志，故b符合；
c．反應速率是單位時間內物質濃度的變化計算，平衡是動態(tài)平衡，平衡狀態(tài)時H₂的平均反應速率為0，不能證明反應達到平衡，故c不符合；　 　　
d．反應速率之比等于化學方程式的系數之比，v_正（CO₂）=3v_逆（H₂），證明氫氣的正反應速率等于逆反應速率，可以證明反應達到平衡，故d符合；
e．混合氣體在恒容密閉容器中質量守恒，體積相同，過程中混合氣體的密度不發(fā)生改變，故e不符合；
f．反應前后氣體體積變化，混合氣體質量不變，混合氣體的平均相對分子質量不再發(fā)生改變，說明氣體物質的量不變，證明反應達到平衡，故f符合；
故答案為：bf；
如果平衡常數K值變大說明平衡正向進行；
a．平衡正向反應方向移動，故a正確；　　
b．在平衡移動時正反應速率先增大后減小，
c．平衡常數增大說明反應正向進行，故c錯誤；　　　
d．在平衡移動時逆反應速率先減小后增大
故答案為：ad；
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；
c、加入催化劑，改變反應歷程，反應速率加快，故D正確．
故答案為：bd；
達到平衡后，想提高H₂轉化率的：
a、降低溫度，反應速率減小，平衡正向進行，氫氣的轉化率增大，故a符合；
b、補充H₂，氫氣反應物的濃度增大，提高二氧化碳轉化率，本身轉化率減小，故b不符合；
c、移去甲醇，生成物濃度減小，速率降低，平衡向正反應移動，氫氣轉化率增大，故c符合；
d、加入催化劑，改變反應歷程，反應速率加快，平衡不動，故d不符合；
故答案為：ac；
（3）該反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，平衡時CO₂與H₂的含量增大，CH₃CH₂OH與H₂O的含量降低．
開始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂與CO₂反應按3：1進行，平衡時H₂的含量是CO₂的含量三倍；
CH₃CH₂OH與H₂O按1：3反應，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍．
曲線Ⅰ、曲線Ⅱ隨溫度升高含量降低，且曲線Ⅱ的含量高，所以曲線Ⅰ表示CH₃CH₂OH、曲線Ⅱ表示H₂O．
曲線Ⅲ、曲線Ⅳ隨溫度升高含量增大，且曲線Ⅳ的含量高，所以曲線Ⅲ表示CO₂、曲線Ⅳ表示H₂．
故答案為：I； III．
（4）當質量一定時，增大固體催化劑的表面積可提高化學反應速率．如圖2是反應：2NO（g）+2CO（g）?2CO₂（g）+N₂（g） 中NO的濃度隨溫度（T）、催化劑表面積（S）和時間（t）的變化曲線，若催化劑的表面積S₁＞S₂，在圖2中畫出NO的濃度在T₁、S₂條件下達到平衡過程中的變化曲線，依據圖象分析T₁＜T₂，反應速率大于T₁ S₂，小于T₂ S₁，增大接觸面積會增大反應速率，但最后平衡狀態(tài)不變，最終一氧化氮濃度和T₁溫度下相同，畫曲線時注意起始點相同、變化趨勢反應速率增大、拐點的含義；得到圖象為：






故答案為：

點評：本題考查了反應能量變化的應用，蓋斯定律的分析判斷，化學平衡的平衡標志判斷，轉化率、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．