高中 | 转化率、产率 题目答案及解析

稿件来源:高途

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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

近年来,甲醇($\rm C{{H}_{3}}OH$​)的制取与应用在全球引发了关于“甲醇经济”的广泛探讨,利用$\rm C{{O}_{2}}$​加氢制甲醇已经成为研究热点。某温度下,在$\rm 5\;\rm L$的恒容密闭容器中通入$\rm 1.5\;\rm mol\;\rm C{{O}_{2}}\;、3\;\rm mol\;{{H}_{2}}$​制取甲醇,$\rm C{{O}_{2}}\left( g \right)、{{H}_{2}}\left( g \right)、C{{H}_{3}}OH\left( g \right)、$​和$\rm {{H}_{2}}O\left( g \right)$​的物质的量随时间的变化如图所示,请回答下列问题:

写出该反应的化学方程式:                ,已知该反应反应物的总键能小于生成物的总键能,则该反应为                (填“吸热”或“放热”)反应。

[["

$\\rm C{{O}_{2}}\\left( g \\right)+3{{H}_{2}}\\left( g \\right)\\rightleftharpoons C{{H}_{3}}OH\\left( g \\right)+{{H}_{2}}O\\left( g \\right)$​;放热

"]]

由图可知,$\rm \Delta \textit n\left( C{{O}_{2}} \right)=0.5mol,\Delta\textit n\left( {{H}_{2}} \right)=1.5mol,\Delta \textit n\left( C{{H}_{3}}OH \right)=\Delta\textit n\left( {{H}_{2}}O \right)=0.5mol$​,根据物质的量的变化量之比等于化学计量数之比,可知容器内发生反应的化学方程式为$\rm C{{O}_{2}}\left( g \right)+3{{H}_{2}}\left( g \right)\rightleftharpoons C{{H}_{3}}OH\left( g \right)+{{H}_{2}}O\left( g \right)$​;$\rm \Delta H=$​反应物的键能和-生成物的键能和<0,该反应为放热反应;

下列能说明该反应达到平衡状态的标志是                (填标号)。

$\rm a$$\rm \textit v\left( C{{O}_{2}} \right):\textit v\left( {{H}_{2}} \right)=1:3$

$\rm b$.容器内气体压强不再改变

$\rm c$.容器内气体密度不再改变

$\rm d$.生成$\rm 0.1\;\rm mol\;\rm C{{H}_{3}}OH\left( g \right)$​,同时消耗$\rm 0.1\;\rm mol\ {{H}_{2}}O\left( g \right)$

[["

bd

"]]

a.$\rm\textit v\left( C{{O}_{2}} \right):\textit v\left( {{H}_{2}} \right)=1:3$​不能说明正、逆反应速率相等,反应不一定平衡,a错误;

b.容器为恒容容器,且该反应前后气体分子数不等,则压强是变量,则容器内气体压强不再改变可以证明反应达到平衡,b正确;

c.容器为恒容容器,且所有的反应物和产物都是气体,则气体总质量不变,密度不是变量,容器内气体密度不再改变不能证明反应达到平衡,c错误;

d.生成$\rm 0.1\ mol\ C{{H}_{3}}OH\left( g \right)$​,同时消耗$\rm 0.1\ mol\ {{H}_{2}}O\left( g \right)$​说明正、逆反应速率相等,则反应达到平衡,d正确;

故选bd;

$\rm {\textit{t}_{1}}min$​时,$\rm {\textit{v}_{正}}$                (填“$\rm \gt $”“$\rm \lt $”或“$\rm =$”)$\rm {\textit{v}_{逆}}$​,此时$\rm C{{O}_{2}}$​和$\rm {{H}_{2}}$​的转化率                (填“相等”或“不相等”)。

[["

$\\rm \\gt $ ;不相等

"]]

由图可知,$\rm {\textit{t}_{1}}min$​时反应物和产物的物质的量依然在改变,在正向进行,则$\rm \textit v$$\rm \gt \textit v$逆,由于投料比例($\rm 1:2$)与化学计量数比例($\rm 1:3$)不同,$\rm H_{2}$的消耗量会更多,则氢气的转化率会大一些,故答案为不相等;

$\rm 0$$\rm 8\;\rm min$,用$\rm {{H}_{2}}$​表示的平均反应速率为                $\rm \;\rm mol\cdot {{L}^{-1}}\cdot mi{{n}^{-1}}$​,达到平衡时,甲醇的体积分数为                (保留三位有效数字)。

[["

$\\rm 0.0375$$\\rm 3.75\\times {{10}^{-2}}$$\\rm; 14.3\\%$

"]]

由图可知,0∼8min时$\rm \textit v\left( {{\text{H}}_{2}} \right)=\dfrac{3\ \text{mol}-1.5\ \text{mol}}{5\ \text{L}\times 8\ \text{min}}=0.0375\ \text{mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}\cdot mi{{n}^{-1}}$​。根据图中数据可知,平衡时,$\rm\textit n\left( C{{O}_{2}} \right)=1\ mol$​,$\rm \textit n\left( {{H}_{2}} \right)=1.5\ mol,\textit n\left( C{{H}_{3}}OH \right)=\textit n\left( {{H}_{2}}O \right)=0.5\ mol,{\textit{n}_{总}}=3.5\ mol$​,甲醇的体积分数等于物质的量分数$\rm =\dfrac{0.5}{3.5}\times 100\%=14.3\%$​;

请写出一种可以增大生成甲醇的反应速率的措施:                

[["

适当升高温度或加入高效催化剂(或其他合理答案)

"]]

从反应速率的角度分析可以增大生成甲醇的反应速率的措施有:适当升高温度或加入高效催化剂(或其他合理答案)。

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