Question

9．綜合利用CO₂、CO對構建低碳社會有重要意義．
（1）利用H₂和CO在一定條件下發生如下反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）（放熱反應）．對此反應進行如下研究：在恒溫，體積為2L的密閉容器中分別充入1.2mol CO和1mol H₂，10min后達到平衡，測得含有0.4mol CH₃OH（g）．
①10min后達到平衡時CO的濃度為0.4mol/L；
②10min內用H₂表示的平均反應速率為0.04mol/（L．min）；
（2）利用H₂和CO₂在一定條件下可以合成乙烯：
6H₂+2CO₂$\stackrel{催化劑}{?}$  CH₂═CH₂+4H₂O為放熱反應
①不同溫度對CO₂的轉化率及催化劑的催化效率的影響如圖所示．
下列有關說法不正確的是a（填序號）．
a．不同條件下反應，N點的速率最大
b．溫度在約250℃時，催化劑的催化效率最高
c．相同條件下，乙烯的產量M點比N高
②若在密閉容器中充入體積比為 3：1的 H₂和CO₂，則圖中M點時，產物CH₂═CH₂的體積分數為7.7%或0.077．（保留兩位有效數字）

Answer 1

分析 （1）10min后達到平衡，測得含有0.4mol CH₃OH（g），則
      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始  1.2         1                  0
轉化 0.4       0.8                 0.4
平衡 0.8        0.2                0.4
①結合c=$\frac{n}{V}$計算；
②結合v=$\frac{△c}{△t}$計算；
（2）①a．溫度越高，反應速率越大；
b．溫度在約250℃時，催化劑的催化效率對應轉化率最大；
c．轉化率越大，乙烯的產量越大；
②圖中M點時，轉化率為50%，在密閉容器中充入體積比為 3：1的 H₂和CO₂，則
         6H₂+2CO₂$\stackrel{催化劑}{?}$  CH₂═CH₂+4H₂O
開始    3n         n                 0              0
轉化    1.5n      0.5n             0.25n        n
平衡    1.5n      0.5n            0.25n         n
產物CH₂═CH₂的體積分數為$\frac{0.25n}{1.5n+0.5n+0.25n+n}$×100%．

解答 解：（1）10min后達到平衡，測得含有0.4mol CH₃OH（g），則
      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始  1.2         1                  0
轉化 0.4       0.8                 0.4
平衡 0.8        0.2                0.4
①10min后達到平衡時CO的濃度為c=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.8mol}{2L}$=0.4mol/L，故答案為：0.4mol/L；
②10min內用H₂表示的平均反應速率為$\frac{\frac{0.8mol}{2L}}{10min}$=0.04mol/（L．min），故答案為：0.04mol/（L．min）；
（2）①a．溫度越高，反應速率越大，但M、N點溫度、催化劑均不同，則N點速率不最大，故錯誤；
b．溫度在約250℃時，催化劑的催化效率對應轉化率最大，則催化劑的催化效率最高，故正確；
c．轉化率越大，乙烯的產量越大，則相同條件下，乙烯的產量M點比N高，故正確；
故答案為：a；
②圖中M點時，轉化率為50%，在密閉容器中充入體積比為 3：1的 H₂和CO₂，則
         6H₂+2CO₂$\stackrel{催化劑}{?}$  CH₂═CH₂+4H₂O
開始    3n         n                 0              0
轉化    1.5n      0.5n             0.25n        n
平衡    1.5n      0.5n            0.25n         n
產物CH₂═CH₂的體積分數為$\frac{0.25n}{1.5n+0.5n+0.25n+n}$×100%=7.7% 或0.077，
故答案為：7.7% 或0.077．

點評 本題考查化學平衡的計算，為高頻考點，把握圖象分析、平衡三段法、速率及體積分數計算為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，注意圖中影響反應速率的因素，題目難度中等．