Question

为应对全球气候变暖，科学家在综合利用 CO₂ 方面取得了不少研究成果。如用 CO₂ 合成重要化工原料 CH₃OH，同时生成 CO，反应如下：

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

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

研究催化剂等外界条件对上述反应的影响，结果如图 1、图 2

完成下列填空：

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

A.质子数为6，中子数为8　　　B.质子数为8，中子数为12

C.质子数为12，中子数为6　　　D.质子数为12，中子数为8

(2)分析图1：催化效果最佳的是催化剂_____(选填“A”、“B”、“C”)。若密闭容器体积为2L，则a点测得CH₃OH的平均生成速率为_____mol·L^-1·min^-1。b点反应_____(填“达到”或“未达到”)平衡状态，理由是：_____

(3)分析图2：相同温度下，增大原料气压强，反应Ⅰ平衡常数_____(选填“增大”、“减小”、“不变”、“无法判断”)；当压强为6Mpa、温度在400~600℃时，CO₂的总体平衡转化率随温度升高而增大的原因是___________________________________

(4)若生成的CH₃OH和CO物质的量之比为4:1，则消耗相同条件下的CO₂和H₂体积比是_____

(5)若有88gCO₂发生反应Ⅰ，并放出akJ热量，则图3中A为_____，B为_____

Answer

A A 未达到 此温度催化剂A得到的甲醇更多，即b若时间增加，在此条件下可以得到更多的生成物(合理即可) 不变 反应Ⅱ中增大的平衡转化率大于反应Ⅰ中减小的平衡转化率

【解析】

(1)质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互为同位素；

(2)相同温度下甲醇的产量越高，催化剂的催化效果越好。根据v==计算；反应达到平衡状态时，各组分的含量保持不变，b点对应温度下使用催化剂A时甲醇物质的量大于b点，b点之后随时间的增加，在此条件下可以得到更多的生成物，据此分析解答；

(3)平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变；根据反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)为气体分子数目减小的放热反应，反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)-Q2kJ(Q2＞0)为气体分子数不变的吸热反应，根据外界条件对反应平衡移动的影响分析；

(4)结合反应Ⅰ和反应Ⅱ，根据“三段式”分析解答；

(5)反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，结合参与反应的CO2的量计算分析解答。

(1)质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互为同位素，碳原子的质子数为6，碳12的质子数为6、中子数为6，与碳12互为同位素原子质子数也应为6、中子数不为6，符合题意的只有A，答案选A；

(2)相同温度下甲醇的产量越高，催化剂的催化效果越好，如图所示，T1温度时，在催化剂A的作用下甲醇的产量最高，则A的催化作用最好；根据图示，经过tmin，a点测得生成CH3OH的物质的量为0.4mol，根据v==， a点时CH3OH的平均生成速率为=mol·L-1·min-1；反应达到平衡状态时，各组分的含量保持不变，根据图示，b点对应温度下使用催化剂A时甲醇物质的量大于b点，说明b点之后随时间的增加，在此条件下可以得到更多的生成物，说明b点未达到平衡状态；

(3)平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数K不变；反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)为气体分子数目减小的放热反应，反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g)-Q2kJ(Q2＞0)为气体分子数不变的吸热反应，6Mpa、温度在400~600℃时，升高温度，反应Ⅰ平衡逆向移动，CO2的转化率减小，反应Ⅱ的平衡正向移动，CO2的转化率增大，导致CO2的总体平衡转化率随温度升高而增大的原因可能是反应Ⅱ中增大的平衡转化率大于反应Ⅰ中减小的平衡转化率；

(4)若生成的CH3OH和CO物质的量之比为4:1，设CH3OH和CO物质的量分别为4mol和1mol，则：

反应过程中一共消耗CO25mol，消耗氢气13mol，同条件下，物质的量之比等于体积之比，则消耗相同条件下的CO2和H2体积比是5:13；

(5)反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)+Q1kJ(Q1＞0)为气体分子数目减小的放热反应，即反应物的总能量大于生成物的总能量，若有88gCO2发生反应Ⅰ，并放出akJ热量，即参加反应的二氧化碳的物质的量==2mol，结合图示，则A为2CH3OH(g)+2H2O(g)，B为2CO2(g)+6H2(g)。