Question

【題目】當(dāng)溫度高于500 K時(shí)，科學(xué)家成功利用二氧化碳和氫氣合成了乙醇，這在節(jié)能減排、降低碳排放方面具有重大意義。

回答下列問題：

（1）該反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________。

（2）在恒容密閉容器中，判斷上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是___________（填序號(hào)）。

a．體系壓強(qiáng)不再改變

b．H2的濃度不再改變

c．氣體的密度不隨時(shí)間改變

d．單位時(shí)間內(nèi)消耗H2和CO2的物質(zhì)的量之比為3∶1

（3）已知：1 g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水，放出143 kJ熱量；23 g乙醇完全燃燒生成液態(tài)水和二氧化碳，放出650 kJ熱量，則氫氣和乙醇的燃燒熱的比值為____________（要求計(jì)算出數(shù)值）。

（4）在一定壓強(qiáng)下，測得由CO2制取CH3CH2OH的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，起始投料比、溫度與CO2的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如圖所示。

根據(jù)圖中數(shù)據(jù)分析：

①降低溫度，平衡向________________方向移動(dòng)。

②在700 K、起始投料比=1.5時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為______________。

③在500 K、起始投料比=2時(shí)，達(dá)到平衡后H2的濃度為a mol·L1，則達(dá)到平衡時(shí)CH3CH2OH的濃度為___________。

Answer 1

【答案】（1）2CO2+6H2C2H5OH+3H2O

（2）ab （3）0.22

（4）①正反應(yīng)（或右） ②40% ③1.5a mol·L1

【解析】（1）由題給信息可得該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO2+6H2C2H5OH+3H2O。

（2）該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)體系的壓強(qiáng)不再改變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，另外氫氣的濃度不再變化，也能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；由于在500 K時(shí)，所有物質(zhì)均為氣體，故在恒容狀態(tài)下氣體的密度恒為定值，密度不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；根據(jù)化學(xué)方程式可知，任何單位時(shí)間內(nèi)消耗H2和CO2的物質(zhì)的量之比均為3∶1。

（3）由題給信息可分別寫出氫氣和乙醇燃燒的熱化學(xué)方程式：H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=286 kJ/mol 和CH3CH2OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=1 300 kJ/mol，從而可求得氫氣和乙醇的燃燒熱的比值為0.22。

（4）①由圖中信息可知，其他條件不變時(shí)，升高溫度，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即降低溫度，平衡將向正反應(yīng)方向移動(dòng)。

②700 K時(shí)，當(dāng)氫氣與二氧化碳的起始投料比=1.5時(shí)，由圖像可知二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為20%，由化學(xué)方程式：2CO2+6H2C2H5OH+3H2O，可計(jì)算出氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%。

③設(shè)起始時(shí)c(CO2)=x mol·L1，則起始時(shí)c(H2)=2x mol·L1，有

2CO2+6H2C2H5OH+3H2O

起始濃度（mol·L1）：x 2x 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol·L1）： 0.6x 1.8x 0.3x 0.9x

平衡濃度（mol·L1）： 0.4x 0.2x 0.3x 0.9x

0.2x=a，得x=5a，平衡時(shí)c(CH3CH2OH)=0.3x mol·L1=1.5a mol·L1。