Question

以CO₂为碳源制取低碳有机物成为国际研究焦点，下面为CO₂加氢制取乙醇的反应：2CO₂（g）+6H₂（g）

催化剂

CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）-Q（Q＞0）
在密闭容器中，按H₂与CO₂的物质的量之比为3：1进行投料，在5MPa下测得不同温度下平衡体系中各种物质的体积分数（y%）如图所示．完成下列填空：
（1）表示CH₃CH₂OH体积分数曲线的是

 

（选填序号）
（2）在一定温度下反应达到平衡的标志是

 

（选填编号）
a．平衡常数K不再增大
b．CO₂的转化率不再增大
c．混合气体的平均相对分子质量不再改变
d．反应物不再转化为生成物
（3）其他条件恒定，如果想提高CO₂的反应速率，可以采取的反应条件是

 

（选填编号）；达到平衡后，能提高H₂转化率的操作是

 

（选填编号）
a．降低温度  b．充入更多的H₂ c．移去乙醇   d．增大容器体积
（4）图中曲线Ⅱ和Ⅲ的交点a对应的体积分数y_a=

 

%

Answer 1

分析：（1）反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，升高温度CH₃CH₂OH含量升高，平衡时H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍；
（2）达到平衡有两个标志：一是正逆反应速率相等，二是各组分的浓度不再变化，以及由其延伸的量不再变化即是平衡状态；
（3）根据外界条件对反应速率的影响分析判断速率变化；提高物质转化率的方法是增加另一种物质，分离出生成物，改变温度、压强使平衡正向移动；
（4）a点为II和III的交点，设此时II C₂H₅OH体积为V，那么III H₂也为V，根据方程式中的关系求出CO₂和H₂O的体积，再求体积分数y_a．

解答：解：反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，升高温度CH₃CH₂OH含量升高，CO₂与H₂的含量降低，平衡时H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，符合条件的曲线为II；
故答案为：II；
（2）在一定温度下反应达到平衡的标志是：
a．平衡常数K只与温度有关，与是否达到平衡状态无关，故a错误；
b．CO₂的转化率不再增大，即反应达到限度，是平衡状态，故b正确；
c．反应后气体的物质的量减少，质量不变，所以混合气体的平均相对分子质量逐渐增大，当混合气体的平均相对分子质量不再改变时即是平衡状态，故c正确；
d．反应达到平衡状态是正逆反应仍在进行，所以不存在反应物不再转化为生成物的状态，故d错误；
故答案为：bc；
（3）其他条件恒定，如果想提高CO₂的反应速率，可以采取的反应条件是：
a、降低温度，反应速率减小，故A错误；
b、补充H₂，反应物的浓度增大，反应速率加快，故B正确；
c、移去甲醇，生成物浓度减小，速率降低，平衡向正反应移动，故c错误；
d、增大容器体积，各反应物的浓度减小，反应速率降低，故d错误；
故答案为：b；
达到平衡后，能提高H₂转化率的操作是：
a、已知该反应为吸热反应，降低温度，平衡逆向移动，氢气的转化率减小，故a不符合；
b、补充H₂，氢气反应物的浓度增大，提高二氧化碳转化率，本身转化率减小，故b不符合；
c、移去甲醇，生成物浓度减小，平衡向正反应移动，氢气转化率增大，故c符合；
d、增大容器体积，压强减小，平衡向逆方向移动，氢气的转化率减小，故d不符合；
故答案为：b；c；
（4）a点为II和III的交点，设此时II C₂H₅OH体积为V，那么III H₂也为V，可知为CO₂ 为

1

3

V，H₂O为C₂H₅OH的三倍，则为3V，
所以a对应的体积分数y_a=

V

V+V+ 1 3 V+3V

×100%=18.75%；
故答案为：18.75．

点评：本题考查化学平衡的平衡标志判断，转化率、反应速率的变化分析，化学反应速率的影响因素分析判断，平衡移动原理的应用，题目难度中等．