【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)化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)。在體積為1 L的密閉容器中,充入1 mol CO23 mol H2,一定條件下反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),測得CO2CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。

3 min9 min,v(H2)=_____mol·L1·min1

該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_______。

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 minv(CH3OH)大于第3 minv(CH3OH)。

(2)工業(yè)中,CO2H2在催化劑Cu/ZnO作用下可發(fā)生兩個平行反應(yīng),分別生成CH3OHCO。

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CO2H2初始投料比為13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。

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

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

C.增大CO2H2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__________。

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

【解析】

(1)3min9min,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,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)3min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;

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;

A.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(CH3OH)=υCH3OH),則9minυCH3OH)一定小于第3minυ(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);

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,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,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:。

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(2)為了驗證Fe3+Cu2+氧化性強弱,下列裝置能達(dá)到實驗?zāi)康牡氖?/span>________(填序號)。

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