高中 | 转化率、产率 题目答案及解析

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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

二氧化碳合成二甲醚的主要反应有:

Ⅰ.$\text{C}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})+3{{\text{H}}_{2}}(\text{g})\rightleftharpoons \text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH}(\text{g})+{{\text{H}}_{2}}\text{O}(\text{g})$

$\rm .\text{C}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})+{{\text{H}}_{2}}(\text{g})\rightleftharpoons \text{CO}(\text{g})+{{\text{H}}_{2}}\text{O}(\text{g})$

$\rm .2\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH}(\text{g})\rightleftharpoons \text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}}(\text{g})+{{\text{H}}_{2}}\text{O}(\text{g})$

一定温度下,将$1\;\rm \text{mol}\ \text{C}{{\text{O}}_{2}}$$3\;\rm \text{mol}\ {{\text{H}}_{2}}$和双催化剂$\rm ($通常由甲醇合成催化剂和甲醇脱水制二甲醚催化剂组成$\rm )$,加入$\rm 1\;\rm L$密闭容器中,测得各含碳产物占所有含碳物质的量分数$\rm ($例:$\rm CO$的物质的量分数$=\dfrac{\textit{n}(\text{CO})}{\textit{n}(\text{CO})+\textit{n}(\text{C}{{\text{O}}_{2}})+\textit{n}(\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH})+\textit{n}(\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}})}\times 100\%)$随时间变化如图所示:

下列说法正确的是$(\qquad)$

["

$\\rm 30\\;\\rm min$时,使用活性更高的甲醇合成催化剂,不可能使图中的$\\rm X$点升至$\\rm Y$

","

$\\rm 40\\;\\rm min$前,$\\textit{v}{{(\\text{C}{{\\text{H}}_{3}}\\text{OH})}_{生成}}\\lt 2\\textit{v}{{(\\text{C}{{\\text{H}}_{3}}\\text{OC}{{\\text{H}}_{3}})}_{生成}}$

","

$\\rm 40\\;\\rm min$后,$\\text{C}{{\\text{H}}_{3}}\\text{OH}$物质的量分数减小,原因是反应$\\rm I$向逆反应方向移动

","

$\\rm 90\\;\\rm min$时,$\\text{C}{{\\text{O}}_{2}}$的转化率约为$69\\%$

"]
[["C"]]

$\rm A$$\rm 30\;\rm min$时,使用活性更高的甲醇合成催化剂,可加快反应速率,则单位时间内生成甲醇量增加,有可能使图中的$\rm X$点升至$\rm Y$点,$\rm A$错误;

$\rm B$.由图可知,$\rm 40\;\rm min$时,$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH}$占所有含碳物质的物质的量分数为$\rm 0.35$$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}}$占所有含碳物质的物质的量分数为$\rm 0.17$,则生成的$\textit{v}{{(\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH})}_{生成}}\gt 2\textit{v}{{(\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}})}_{生成}}$,故$\rm 40\;\rm min$前,$\textit{v}{{(\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH})}_{生成}}\gt 2\textit{v}{{(\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}})}_{生成}}$$\rm B$错误;

$\rm C$.由图可知,$\rm 40\;\rm min$后,$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH}$物质的量分数减小,而$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}}$的物质的量分数增加,且$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}}$的物质的量分数增大趋势明显强于反应前$\rm 40\;\rm min$,说明$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH}$物质的量分数减小是由于反应Ⅲ的反应速率增快引起的,$\rm C$错误;

$\rm D$$\rm 90\;\rm min$时,$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}}$$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH}$$\rm CO$占所有含碳物质的物质的量分数分别为$\rm 0.3$$\rm 0.2$$\rm 0.1$,则$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}}$$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH}$$\rm CO$的物质的量之比为$\rm 3:2:1$,则$n\rm(CH_3OH)=2\textit{n}\rm(CO)$①,$n\rm{(CH_3OCH_3)}=3\textit{n}\rm (CO)$ ②,$\rm CO$的物质的量分数$\dfrac{\textit{n}(\text{CO})}{\textit{n}(\text{CO})+\textit{n}(\text{C}{{\text{O}}_{2}})+\textit{n}(\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH})+\textit{n}(\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}})}\times 100\%=0.1$③,将①、②代入③中可得$\textit{n}(\text{C}{{\text{O}}_{2}})=4\textit{n}(\text{CO})$ ⑤,反应前,容器中加入$\rm 1\;\rm mol$ $\rm CO_{2}$,根据$\rm C$原子守恒可知,$\textit{n}(\text{CO})+\textit{n}(\text{C}{{\text{O}}_{2}})+\textit{n}(\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH})+2\textit{n}(\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}})=1\;\rm \text{mol}$⑥,将①、②、⑤代入⑥中可得,$\textit{n}(\text{C}{{\text{O}}_{2}})=\dfrac{1}{13}$,则根据⑤可计算出$\textit{n}(\text{CO})=\dfrac{4}{13}$,则的转化率为$\dfrac{(1-\dfrac{4}{13})\ \text{mol}}{1\;\rm \text{mol}}\times 100\approx 69\%$$\rm D$正确;

故选:$\rm D$

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