Question

【題目】當溫度高于500 K時，科學家成功利用二氧化碳和氫氣合成了乙醇(可逆反應)，這在節能減排、降低碳排放方面具有重大意義。回答下列問題：

（1）該反應的化學方程式______________________________________________。

（2）在恒容密閉容器中，判斷上述反應達到平衡狀態的依據是________。

a．體系壓強不再改變

b．H2的濃度不再改變

c．氣體的密度不隨時間改變

d．單位時間內消耗H2和CO2的物質的量之比為3:1

（3）在一定壓強下，測得由CO2制取CH3CH2OH的實驗數據中，起始投料比、溫度與CO2的轉化率的關系如圖。

根據圖中數據

①降低溫度，平衡向________方向移動。

②在700 K、起始投料比＝1.5時，H2的轉化率為________。

③在500 K、起始投料比＝2時，達到平衡后H2的濃度為a mol·L－1，則達到平衡時CH3CH2OH的濃度為________。

Answer 1

【答案】2CO2＋6H2=CH3CH2OH＋3H2Oab正反應40%1.5amol·L－1

【解析】

（1）根據信息寫出方程式；

（2）反應到達平衡狀態時，正逆反應速率相等，平衡時各物質的濃度、百分含量不變，可以及由此衍生的一些量也不發生變化，由此進行判斷；

（3）①體積圖象可知，溫度低時對應的CO2的轉化率大，說明該反應為放熱反應；

②700K，起始投料比n(H2)/n(CO2)═1.5時時，二氧化碳的轉化率為20%，求氫氣的變化量，從而求出轉化率；

③在500K、起始投料比比n(H2)/n(CO2)=2時，CO2的轉化率為60%，

則 2CO2（g）+6H2（g）CH3CH2OH（g）+3H2O（g）

設初起量：3 6 0 0

變化量： 1.8 5.4 0.9 2.7

所以H2的轉化率為5.4/6×100%=90%，又達到平衡后H2的濃度為amol·L-1，則反應消耗的H2的濃度為9amol·L-1，再根據系數比計算達到平衡時CH3CH2OH的濃度。

（1）當溫度高于500K時，科學家成功利用二氧化碳和氫氣合成了1mol乙醇和水，方程式為：2CO2+6H2=CH3CH2OH+3H2O；

（2）a．混合氣體的物質的量減小，則體系壓強一直在減小，當體系壓強不再改變，能說明到達平衡，故a正確；

b．H2的濃度不再改變，能說明到達平衡，故b正確；

c．容器的體積不變，混合氣體的質量不變，混合氣體的密度為定值，不能根據密度判斷平衡狀態，故c錯誤；

d．單位時間內消耗H2和CO2的物質的量之比為3：1，指正反應方向，所以不能說明到達平衡，故d錯誤；

故選ab；

（3）23g乙醇完全燃燒生成CO2和液態H2O時放出650kJ的熱量，23g乙醇的物質的量為：23g/46g·mol－1=0.5mol，1mol乙醇完全燃燒產生的熱量是1300kJ，乙醇燃燒的熱化學方程式是：C2H5OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l）△H=-1300kJ·mol－1；

（4）①由圖可知，橫坐標為投料比，縱坐標為CO2的轉化率，曲線為等溫線，則相同投料比時溫度低對應的CO2的轉化率大，說明該反應正反應為放熱反應，則降低溫度平衡向著正反應方向移動；

②700K，起始投料比n(H2)/n(CO2)=1.5時，CO2的轉化率為20%，

則 2CO2（g）+6H2（g）CH3CH2OH（g）+3H2O（g）

設初起量：4 6 0 0

變化量：0.8 2.4 0.4 3.2

所以H2的轉化率為：2.4/6×100%=40%；

③在500K、起始投料比n(H2)/n(CO2)=2時，CO2的轉化率為60%，

則 2CO2（g）+6H2（g）CH3CH2OH（g）+3H2O（g）

設初起量：3 6 0 0

變化量： 1.8 5.4 0.9 2.7

所以H2的轉化率為：5.4/6×100%=90%，又達到平衡后H2的濃度為amol·L-1，則反應消耗的H2的濃度為9amol·L-1，所以達到平衡時CH3CH2OH的濃度為：9a/6mol·L-1=1.5amol·L-1