高中 | 化学平衡图像分析 题目答案及解析

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高中 | 化学平衡图像分析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

化学平衡图像分析

实现“碳中和”的一种路径是将$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$${{\text{H}}_{2}}$合成$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}}$。其主要反应为:

反应Ⅰ.$\text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\text{+3}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\text{=C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH}\left( \text{g} \right)+{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{g} \right)\qquad\Delta {{H}_{1}}=-49.5\ \text{kJ}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{-1}}$

反应Ⅱ.$\text{2C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH}\left( \text{g} \right)\text{=C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OC}{{\text{H}}_{\text{3}}}\left( \text{g} \right)+{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{g} \right)\qquad\Delta {{H}_{2}}=-23.5\ \text{kJ}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{-1}}$

反应Ⅲ.$\text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)+{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\text{=CO}\left( \text{g} \right)+{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{g} \right)\qquad\Delta {{H}_{3}}=+41.2\ \text{kJ}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{-1}}$

若仅考虑上述反应,在$1.01\times {{10}^{5}}\ \text{Pa}$下,将$ {V}\left( \text{C}{{\text{O}}_{2}} \right): {V}\left( {{\text{H}}_{2}} \right)=1:3$的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}}$$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OH}$的选择性及$\text{C}{{\text{O}}_{2}}$的转化率随温度的变化如下图所示。$\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{OC}{{\text{H}}_{3}}$的选择性$=\dfrac{生成\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OC}{{\text{H}}_{\text{3}}} 消耗的{n}\left( \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}} \right)}{ 反应的{n}\left( \text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}} \right)}\times100\%$下列说法正确的是$(\qquad)$

["

一定温度下,使用高效催化剂可提高$\\text{C}{{\\text{H}}_{3}}\\text{OC}{{\\text{H}}_{3}}$平衡产率

","

其他条件不变,$260\\;^\\circ \\rm C \\sim 280\\;^\\circ \\rm C$时,随温度升高生成${{\\text{H}}_{2}}\\text{O}$的量增多

","

其他条件不变,$260\\;^\\circ \\rm C$时,通入$1\\text{ mol C}{{\\text{O}}_{2}}$,生成$\\rm 0.096\\;\\rm mol\\text{ C}{{\\text{H}}_{3}}\\text{OC}{{\\text{H}}_{3}}$

","

温度高于$260\\;^\\circ \\rm C$时,主要是因为反应Ⅲ正向程度增大使$\\text{C}{{\\text{H}}_{3}}\\text{OC}{{\\text{H}}_{3}}$的选择性降低

"]
[["C"]]

$\rm A$.催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率,只影响反应达到平衡所需的时间,不影响化学平衡的移动,因此一定温度下,使用高效催化剂不能提高$\rm {C}{{{H}}_{3}}{OC}{{{H}}_{3}}$的平衡产率,$\rm A$错误;

$\rm B$.由图像可知,在$\rm 260\;^\circ \rm C \sim 280\;^\circ \rm C$时,$\rm CO_{2}$的转化率降低,从$\rm O$元素守恒来看,$\rm H_{2}O$$\rm O$来自于$\rm CO_{2}$,则在$\rm 260\;^\circ \rm C \sim 280\;^\circ \rm C$时,升高温度,随温度升高生成$\rm {{{H}}_{2}}{O}$的量减少,$\rm B$错误;

$\rm C$$\rm 260\;^\circ \rm C$时,$\rm {C}{{{O}}_{2}}$的转化率为$\rm 30\%$$\rm {C}{{{H}}_{3}}{OC}{{{H}}_{3}}$的选择性为$\rm 64\%$;通入$\rm 1\;\rm mol\;{C}{{{O}}_{2}}$,参加反应的$\rm {C}{{{O}}_{2}}$的物质的量为$\rm {1\;\rm mol}\times {30 } \% =0 {.3\;\rm mol}$,生成$\rm {C}{{{H}}_{3}}{OC}{{{H}}_{3}}$消耗的$\rm {C}{{{O}}_{2}}$的物质的量为$\rm {0}{.3\;\rm mol}\times 64\%={0}{.192\;\rm mol}$,根据反应关系,生成$\rm {C}{{{H}}_{3}}{OC}{{{H}}_{3}}$的物质的量为$\rm {0}{.192\;\rm mol}\times \dfrac{1}{2}={0}{.096\;\rm mol}$$\rm C$正确;

$\rm D$.温度高于$\rm 260\;^\circ \rm C$时,$\rm {C}{{{H}}_{3}}{OC}{{{H}}_{3}}$的选择性降低,$\rm {C}{{{H}}_{3}}{OH}$的选择性升高,因为生成$\rm {C}{{{H}}_{3}}{OC}{{{H}}_{3}}$$\rm {C}{{{H}}_{3}}{OH}$的反应是放热反应,升温使反应 Ⅰ、Ⅱ逆向移动,而不是因为反应 Ⅲ正向程度增大,$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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