(2012?茂名二模)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(xué)數(shù)據(jù):
反應(yīng)I:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0  kJ?mol-1
反應(yīng)II:2CO2(g)+6H2(g)?CH3CH2OH(g)+3H2O(g)△H=-173.6kJ?mol-1
(1)在密閉容器中,反應(yīng)I在一定條件達到平衡后,為提高CO2的反應(yīng)速率,可以采取的反應(yīng)條件是
BD
BD

A、降低溫度    B、補充H2   C、移去甲醇   D、加入催化劑
(2)寫出由CH3OH(g)合成CH3CH2OH(g)的反應(yīng):2CH3OH(g)=CH3CH2OH(g)+H2O(g) 的反應(yīng)熱△H=
-75.6kJ?mol-1
-75.6kJ?mol-1

(3)研究員以生產(chǎn)乙醇為研究對象,在5MPa、n(H2)/n(CO2)=3時,測得不同溫度下平衡體系中各種組成如圖所示,表示CH3CH2OH組分的曲線是
I
I
;表示CO2組分的曲線是
III
III

(4)在5MPa將0.2mol CO2和0.6mol H2充入1L恒容密閉反應(yīng)器,某溫度下反應(yīng)達平衡,CO2的轉(zhuǎn)化率為50%,計算該條件下的該反應(yīng)的平衡常數(shù)(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).
分析:(1)根據(jù)外界條件對反應(yīng)速率的影響分析判斷.
(2)根據(jù)蓋斯定律進行計算.
(3)反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動,即向逆反應(yīng)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(yīng)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(yīng),平衡時H2O的含量是CH3CH2OH含量的三倍,平衡時H2O的含量高.
(4)化學(xué)平衡常數(shù)指可逆反應(yīng)達到平衡,生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值.平衡常數(shù)K=
c(CH3CH2OH)?c3(H2O)
c2(CO2)?c6(H2)

根據(jù)三段式計算出平衡時各組分的平衡濃度,代入平衡常數(shù)表達式計算k.
解答:解:(1)A、降低溫度,反應(yīng)速率減小,故A錯誤;
 B、補充H2,反應(yīng)物的濃度增大,反應(yīng)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(yīng)移動,故C錯誤;
D、加入催化劑,改變反應(yīng)歷程,反應(yīng)速率加快,故D正確.
故選:BD
(2)已知:反應(yīng)I:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0  kJ?mol-1
反應(yīng)II:2CO2(g)+6H2(g)?CH3CH2OH(g)+3H2O(g)△H=-173.6kJ?mol-1
根據(jù)蓋斯定律II-I×2得:2CH3OH(g)=CH3CH2OH(g)+H2O(g);△H=-75.6 kJ?mol-1
故答案為:-75.6 kJ?mol-1
(3)該反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度平衡向逆反應(yīng)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(yīng)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(yīng),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)CO2的開始濃度為
0.2mol
1L
=0.2mol/L,H2的開始濃度為
0.6mol
1L
=0.6mol/L.
CO2的轉(zhuǎn)化率為50%,CO2的物質(zhì)的量濃度變化量為0.2mol/L×50%=0.1mol/L,
則                  2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)
初始濃度(mol/L):0.2        0.6             0            0
變化濃度(mol/L):0.1        0.3             0.05        0.15
平衡濃度(mol/L):0.1        0.3             0.05        0.15          
所以平衡常數(shù)K=
c(CH3CH2OH)?c3(H2O)
c2(CO2)?c6(H2)
=
0.05×0.153
0.12×0.36
=23.
故答案為:23.
點評:考查反應(yīng)速率影響因素、反應(yīng)熱計算、平衡常數(shù)計算等,難度中等,注意濃度改變對正逆反應(yīng)速率影響,對其它物質(zhì)的影響一致.
練習(xí)冊系列答案
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