Question

【題目】為應對全球氣候變暖，科學家在綜合利用 CO2 方面取得了不少研究成果。如用 CO2 合成重要化工原料 CH3OH，同時生成 CO，反應如下：

反應Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)，

反應Ⅱ：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)-Q2kJ(Q2＞0)。

研究催化劑等外界條件對上述反應的影響，結果如圖 1、圖 2

完成下列填空：

(1)一定是碳12的同位素原子是_____(選填“A”、“B”、“C”、“D”)

A.質子數為6，中子數為8　　　B.質子數為8，中子數為12

C.質子數為12，中子數為6　　　D.質子數為12，中子數為8

(2)分析圖1：催化效果最佳的是催化劑_____(選填“A”、“B”、“C”)。若密閉容器體積為2L，則a點測得CH3OH的平均生成速率為_____mol·L-1·min-1。b點反應_____(填“達到”或“未達到”)平衡狀態，理由是：_____

(3)分析圖2：相同溫度下，增大原料氣壓強，反應Ⅰ平衡常數_____(選填“增大”、“減小”、“不變”、“無法判斷”)；當壓強為6Mpa、溫度在400~600℃時，CO2的總體平衡轉化率隨溫度升高而增大的原因是___________________________________

(4)若生成的CH3OH和CO物質的量之比為4:1，則消耗相同條件下的CO2和H2體積比是_____

(5)若有88gCO2發生反應Ⅰ，并放出akJ熱量，則圖3中A為_____，B為_____

Answer 1

【答案】A A 未達到 此溫度催化劑A得到的甲醇更多，即b若時間增加，在此條件下可以得到更多的生成物(合理即可) 不變 反應Ⅱ中增大的平衡轉化率大于反應Ⅰ中減小的平衡轉化率

【解析】

(1)質子數相同而中子數不同的同一元素的不同原子互為同位素；

(2)相同溫度下甲醇的產量越高，催化劑的催化效果越好。根據v==計算；反應達到平衡狀態時，各組分的含量保持不變，b點對應溫度下使用催化劑A時甲醇物質的量大于b點，b點之后隨時間的增加，在此條件下可以得到更多的生成物，據此分析解答；

(3)平衡常數只與溫度有關，溫度不變，平衡常數不變；根據反應Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)為氣體分子數目減小的放熱反應，反應Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)-Q2kJ(Q2＞0)為氣體分子數不變的吸熱反應，根據外界條件對反應平衡移動的影響分析；

(4)結合反應Ⅰ和反應Ⅱ，根據“三段式”分析解答；

(5)反應Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)為放熱反應，反應物的總能量大于生成物的總能量，結合參與反應的CO2的量計算分析解答。

(1)質子數相同而中子數不同的同一元素的不同原子互為同位素，碳原子的質子數為6，碳12的質子數為6、中子數為6，與碳12互為同位素原子質子數也應為6、中子數不為6，符合題意的只有A，答案選A；

(2)相同溫度下甲醇的產量越高，催化劑的催化效果越好，如圖所示，T1溫度時，在催化劑A的作用下甲醇的產量最高，則A的催化作用最好；根據圖示，經過tmin，a點測得生成CH3OH的物質的量為0.4mol，根據v==， a點時CH3OH的平均生成速率為=mol·L-1·min-1；反應達到平衡狀態時，各組分的含量保持不變，根據圖示，b點對應溫度下使用催化劑A時甲醇物質的量大于b點，說明b點之后隨時間的增加，在此條件下可以得到更多的生成物，說明b點未達到平衡狀態；

(3)平衡常數只與溫度有關，溫度不變，平衡常數K不變；反應Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)為氣體分子數目減小的放熱反應，反應Ⅱ：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)-Q2kJ(Q2＞0)為氣體分子數不變的吸熱反應，6Mpa、溫度在400~600℃時，升高溫度，反應Ⅰ平衡逆向移動，CO2的轉化率減小，反應Ⅱ的平衡正向移動，CO2的轉化率增大，導致CO2的總體平衡轉化率隨溫度升高而增大的原因可能是反應Ⅱ中增大的平衡轉化率大于反應Ⅰ中減小的平衡轉化率；

(4)若生成的CH3OH和CO物質的量之比為4:1，設CH3OH和CO物質的量分別為4mol和1mol，則：

反應過程中一共消耗CO25mol，消耗氫氣13mol，同條件下，物質的量之比等于體積之比，則消耗相同條件下的CO2和H2體積比是5:13；

(5)反應Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)為氣體分子數目減小的放熱反應，即反應物的總能量大于生成物的總能量，若有88gCO2發生反應Ⅰ，并放出akJ熱量，即參加反應的二氧化碳的物質的量==2mol，結合圖示，則A為2CH3OH(g)+2H2O(g)，B為2CO2(g)+6H2(g)。