Question

【題目】近日IPCC發(fā)布了由來自40個國家的91位科學(xué)家編寫的《全球升溫1.5℃特別報告》，溫室效應(yīng)引發(fā)的環(huán)境問題日益嚴(yán)重，物種滅絕，洪災(zāi)、旱災(zāi)、糧食欠收等自然災(zāi)害發(fā)生頻率不斷增加，CO2的減排和綜合利用是解決溫室及能源問題的有效途徑。

(1)CO2可轉(zhuǎn)化成有機(jī)物實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)。在體積為1 L的密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，一定條件下反應(yīng)：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。

① 從3 min到9 min，v(H2)＝_____mol·L－1·min－1。

② 該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_______。

③ 下列說法正確的的是____(填字母)。

A．混合氣體的密度不隨時間的變化而變化，則說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

B．平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率為75%

C．平衡時混合氣體中CH3OH(g)的體積分?jǐn)?shù)是30%

D．該條件下，第9 min時v逆(CH3OH)大于第3 min時v正(CH3OH)。

(2)工業(yè)中，CO2和H2在催化劑Cu/ZnO作用下可發(fā)生兩個平行反應(yīng)，分別生成CH3OH和CO。

反應(yīng)A：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

反應(yīng)B：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)

控制CO2和H2初始投料比為1∶3時，溫度對CO2平衡轉(zhuǎn)化率及甲醇和CO產(chǎn)率的影響如圖所示。

① 由圖可知溫度升高CO的產(chǎn)率上升，其主要原因可能是________。

② 由圖可知獲取CH3OH最適宜的溫度是________。下列措施有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH的平衡轉(zhuǎn)化率的有___________(填字母)。

A．使用催化劑 B．增大體系壓強(qiáng)

C．增大CO2和H2的初始投料比 D．投料比不變和容器體積不變，增加反應(yīng)物的濃度

(3)250 ℃下CH3OH物質(zhì)的量隨時間的變化曲線如圖所示。畫出280 ℃下0～t2時刻CH3OH物質(zhì)的量隨時間的變化曲線示意圖__________。

Answer 1

【答案】0.125 5.3 B C 反應(yīng)B是吸熱反應(yīng) 250℃ B D

【解析】

(1)①3min到9min，根據(jù)CO2濃度變化計算CO2化學(xué)反應(yīng)速率，利用計量數(shù)之比得到υ(H2)；②結(jié)合各物質(zhì)的平衡濃度，利用三段式法計算該反應(yīng)的平衡常數(shù)；③A．該反應(yīng)過程中密度為定值；B．根據(jù)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率=×100%計算平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率；C．平衡時混合氣體中CH3OH(g)的體積分?jǐn)?shù)等于平衡時甲醇的物質(zhì)的量濃度與其它物質(zhì)總物質(zhì)的量濃度的百分比；D．該反應(yīng)從開始至達(dá)到平衡狀態(tài)，正反應(yīng)速率逐漸減小，逆反應(yīng)速率逐漸增大；

(2)①反應(yīng)B正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向移動，CO產(chǎn)率升高；②據(jù)圖示進(jìn)行分析溫度與甲醇轉(zhuǎn)化率的關(guān)系；由CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 可知提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正向移動，可增大壓強(qiáng)，增大濃度；

(3)根據(jù)溫度對反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的影響分析。

(1)①3min到9min，CO2濃度變化為0.5mol/L-0.25mol/L=0.25mol/L，CO2反應(yīng)速率==mol/(Lmin)，υ(H2)=3×υ(CO2)=0.125mol/(Lmin)，故答案為：0.125；

② CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始(mol/L) 1 3 0 0

轉(zhuǎn)化(mol/L) 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡(mol/L) 0.25 0.75 0.75 0.75

該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=≈5.3，故答案為：5.3；

③A．該反應(yīng)前后都是氣體，氣體總質(zhì)量始終不變，容器容積不變，則密度為定值，不能根據(jù)密度判斷平衡狀態(tài)，故A錯誤；B．平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率=×100%=75%，故B正確；C．平衡時混合氣體中CH3OH(g)的體積分?jǐn)?shù)=×100%=30%，故C正確；D．從反應(yīng)開始到平衡過程中正反應(yīng)速率逐漸減小，直至達(dá)到平衡狀態(tài)，則第9min時達(dá)到平衡狀態(tài)υ逆(CH3OH)=υ正（CH3OH），則9min時υ逆（CH3OH）一定小于第3min時υ正(CH3OH)，故D錯誤；故答案為：BC；

(2)①由圖示可知，溫度升高CO的產(chǎn)率上升，其主要原因可能是反應(yīng)B正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向移動，CO產(chǎn)率升高，故答案為：反應(yīng)B正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；

②據(jù)圖示可知，250℃甲醇產(chǎn)率最高，故獲取CH3OH最適宜的溫度是250℃；A．使用催化劑，平衡不移動，不能提高轉(zhuǎn)化率，故A錯誤；B．增大體系壓強(qiáng)，平衡向正方向移動，提高CO2轉(zhuǎn)化率，故B正確；C．增大CO2和H2的初始投料比，可增大氫氣的轉(zhuǎn)化率，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率減小，故C錯誤；D．投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，可增大轉(zhuǎn)化率，故D正確；故答案為：250℃；BD；

(3)溫度升高，反應(yīng)速率加快，則反應(yīng)達(dá)到平衡的時間小于t1；280℃時甲醇的產(chǎn)率小于250℃時，所以達(dá)到平衡后，體系中甲醇的量變小，據(jù)此畫出280℃下0～t2時刻CH3OH物質(zhì)的量隨時間的變化曲線：，故答案為：。