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高中 | 转化率、产率题目答案及解析如下,仅供参考!
选修四
第二章 化学反应速率和化学平衡
第三节 化学平衡
转化率、产率
$\text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}}$催化加氢制甲醇,在减少$\text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}}$排放的同时实现了$\text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}}$的资源化,该反应可表示为:$\text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}}\text{(g)+3}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{(g)}\rightleftharpoons \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH(g)+}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O(g)}$。保持起始反应物$n\left( {{\text{H}}_{\text{2}}} \right)\text{:}n\left( \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}} \right)\text{=3:1}$,$T\text{=250}{}^\circ \text{C}$时$x\left( \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH} \right)$随压强变化的曲线和$ p=\text{5}\times \text{1}{{\text{0}}^{\text{5}}}\ \text{Pa}$时$x\left( \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH} \right)$随温度变化的曲线如图。
已知:$x\left( \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH} \right)$表示平衡体系中甲醇的物质的量分数。下列说法正确的是$(\qquad)$
该反应$\\Delta H\\gt 0$
","$\\rm a$、$\\rm b$交点处化学平衡常数值相同
","当$p\\text{=5}\\times \\text{1}{{\\text{0}}^{\\text{5}}}\\ \\text{Pa},T\\text{=230}{}^\\circ \\text{C}$时,达平衡后$x\\left( \\text{C}{{\\text{H}}_{\\text{3}}}\\text{OH} \\right)\\lt {0}{.05}$
","当$x\\left( \\text{C}{{\\text{H}}_{\\text{3}}}\\text{OH} \\right)\\text{=0}{.10}$时,${{\\text{H}}_{\\text{2}}}$的平衡转化率约为$33\\%$
"]$\rm A$.题给反应为气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动,$x\left( \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH} \right)$增大,则曲线$\rm a$表示$T\text{=250}{}^\circ \text{C}$时$x\left( \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH} \right)$随压强变化的曲线,曲线$\rm b$表示$ p=\text{5}\times \text{1}{{\text{0}}^{\text{5}}}\text{Pa}$时$x\left( \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH} \right)$随温度变化的曲线,根据曲线$\rm b$,升高温度,$x\left( \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH} \right)$减小,说明平衡逆向移动,则$\Delta H\lt 0$,$\rm A$项错误;
$\rm B$.曲线$\rm a$、$\rm b$交点,曲线$\rm b$对应反应温度小于$\rm 250$ $\rm ^\circ\rm C$,温度不同,化学平衡常数的值不同,$\rm B$项错误;
$\rm C$.由曲线$\rm b$可知,$\text{5}\times \text{1}{{\text{0}}^{\text{5}}}\ \text{Pa}$、$\rm 230$ $\rm ^\circ\rm C$ 时,$x\left( \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH} \right)\rm \gt 0.07$,$\rm C$项错误;
$\rm D$.起始反应物$n\left( {{\text{H}}_{\text{2}}} \right){:}n\left( \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}} \right)\text{=3:1}$,设起始$\rm H_{2}$、$\rm CO$的物质的量分别为$\rm 3$ $\rm mol$、$\rm 1$ $\rm mol$,平衡时生成$a$ $\rm mol$甲醇,由题意建立三段式:
$\begin{matrix} {} & \text{C}{{\text{O}}_{2}}(\text{g}) & + & 3{{\text{H}}_{2}}(\text{g}) \\起始 /\text{mol} & 1 & {} & 3 \\转化 /\text{mol} & a & {} & 3a \\ 平衡/\text{mol} & 1-a & {} & 3-3a \\ \end{matrix}\begin{matrix} \rightleftharpoons & \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH}(\text{g}) & + & {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}(\text{g}) \\ {} & 0 & {} & 0 \\ {} & a & {} & a \\ {} & a & {} & a \\ \end{matrix}$
由$x\left( \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH} \right)\text{=0}\text{.10}$可得$\dfrac{a\ \text{mol}}{(4-2a)\ \text{mol}}=0.10$,解得$a=\dfrac{1}{3}$,则$\rm H_{2}$反应了$\rm 1$ $\rm mol$,故${{\text{H}}_{\text{2}}}$的平衡转化率为$\dfrac{1\;\rm \text{mol}}{3\;\rm \text{mol}}\times 100\%\approx 33\%$,$\rm D$项正确;
故选:$\rm D$
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