Question

19．以CO₂為碳源制取低碳有機物成為國際研究焦點，下面為CO₂加氫制取乙醇的反應：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=QkJ/mol （Q＞0）在密閉容器中，按CO₂與H₂的物質(zhì)的量之比為1：3進行投料，在5MPa下測得不同溫度下平衡體系中各種物質(zhì)的體積分數(shù)（y%）如圖所示．
完成下列填空：
（1）表示CH₃CH₂OH體積分數(shù)曲線的是b（選填序號）．
（2）在一定溫度下反應達到平衡的標志是BC．
A．平衡常數(shù)K不再增大 
B．CO₂的轉(zhuǎn)化率不再增大
C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變 
D．反應物不再轉(zhuǎn)化為生成物
（3）其他條件恒定，達到平衡后，能提高H₂轉(zhuǎn)化率的措施是AC（選填編號）． A．升高溫度    B．充入更多的H₂  C．移去乙醇 D．增大容器體積
（4）圖中曲線a和c的交點R對應物質(zhì)的體積分數(shù)y_R=37.5%．

Answer 1

分析 （1）該反應為吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡時CO₂與H₂的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O的含量增大．開始CO₂ 與H₂ 的物質(zhì)的量之比1：3進行，平衡時H₂的含量是CO₂的含量三倍；CH₃CH₂OH與H₂O按1：3生成，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍；
（2）化學反應達到化學平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進行判斷，得出正確結論；
（3）根據(jù)外界條件對反應速率的影響分析判斷；
（4）R點為a和c的交點，設此時a的H₂O體積為V，那么c的H₂體積也為V，根據(jù)方程式中的關系求出CO₂和CH₃CH₂OH的體積，再求體積分數(shù)y_a．

解答 解：（1）該反應為吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡時CO₂與H₂的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O的含量增大．開始CO₂ 與H₂ 的物質(zhì)的量之比1：3進行，平衡時H₂的含量是CO₂的含量三倍；CH₃CH₂OH與H₂O按1：3生成，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍；
曲線a、曲線b隨溫度升高含量增大，且曲線a的含量高，所以曲線a表示H₂O、曲線b表示CH₃CH₂OH；
曲線c、曲線d隨溫度升高含量減小，且曲線c的含量高，所以曲線c表示H₂、曲線d表示CO₂．
故答案為：b；
（2）A．平衡常數(shù)K只與溫度有關，與是否達到平衡狀態(tài)無關，故A錯誤；
B．CO₂的轉(zhuǎn)化率不再增大，說明達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．平均分子量=$\frac{總質(zhì)量}{總物質(zhì)的量}$，總質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量會變，故混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變可作為判斷是否達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)，故C正確；
D．該反應是可逆反應，不存在反應物不再轉(zhuǎn)化為生成物的狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：BC；
（3）A．升高溫度，平衡正向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大；
B．充入更多的H₂，平衡正向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率降低；
C．移去乙醇，平衡正向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大；
D．增大容器體積，壓強減小，平衡逆向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率降低；
故答案為：AC；
（4）2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）；
R點為a和c的交點，設此時a的H₂O體積為6V，那么c的H₂體積也為6V，根據(jù)方程式可知CO₂為$\frac{6V}{6}$=2V，C₂H₅OH為$\frac{6V}{3}$=2V，
所以R點對應的體積分數(shù)y_a=$\frac{6V}{6V+6V+2V+2V}$×100%=37.5%，
故答案為：37.5%．

點評 本題考查學生對圖象的分析與平衡移動及平衡狀態(tài)的特征的理解，難度較大，注意判斷曲線表示哪一物質(zhì)的體積分數(shù)是關鍵．