Question

【題目】.研究表明: CO2和 CO可以作為新碳源，解決當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的碳源(石油和天然氣)枯竭危機(jī)。

（1）目前工業(yè)上有一種方法是用 CO2加氫合成低碳烯烴。現(xiàn)以合成乙烯(C2H4)為例，該過程分兩步進(jìn)行:

反應(yīng) I: CO2(g)+H2(g)CO(g)+ H2O(g) △H =+41.3kJ·mol -1

反 應(yīng) II: 2CO(g)+ 4H2(g) C2H4(g) +2H2O(g) △H =-210.5kJ·mol -1

①CO2加氫合成乙烯的熱化學(xué)方程式為_____。

②一定條件下的密閉容器中，上述反應(yīng) I 達(dá)到平衡后，要加快反應(yīng)速率并提高 CO2 的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是_____(填字母)。

A.減小壓強(qiáng)

B 分離出水蒸氣.

C.加入適當(dāng)催化劑

D.增大 H2濃度

E.升高溫度

（2）將不同物質(zhì)的量的H2O(g)和 CO(g)分別通入體積為 2 L 的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)：H2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/ mol		平衡量/ mol		達(dá)到平衡所 需時(shí)間/min
		H2O	CO	CO	H2
Ⅰ	650	2	4	2.4	1.6	5
Ⅱ	900	1	2	1.6	0.4	3
Ⅲ	900	a	b	c	d	t

若 a＝2，b＝1，則 c＝_____，達(dá)到平衡時(shí)實(shí)驗(yàn)組Ⅱ中 H2O(g)和實(shí)驗(yàn)組Ⅲ中 CO的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系為 αⅡ(H2O)_____(填“＜”“＞”或“＝”)αⅢ(CO)。

（3）可以用CO在催化劑存在下制備二甲醚的反應(yīng)原理為：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，已知一定條件下，該反應(yīng)中 CO 的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、投料比 n(H2)/ n(CO)的變化曲線如圖所示。

①a、b、c 按從大到小的順序排序?yàn)?/span>_____

②根據(jù)圖像可以判斷該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，理由是_________________

（4）工業(yè)上還可利用 CO或 CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。已知制備甲醇的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示：

化學(xué)反應(yīng)	平衡常數(shù)	溫度/℃
		500	800
①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)	K1	2.5	0.15
②H2(g)＋CO2H2O(g)＋CO(g)	K2	1.0	2.50
③3H2(g)＋CO2CH3OH(g)＋H2O(g)	K3

據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出 K1、K2 與 K3之間的關(guān)系，則 K3＝_____(用 K1、K2 表示)； 反應(yīng)③的ΔH_____(填“>”或“＜”)0。

Answer 1

【答案】2CO2+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H= -127.9 kJ/mol DE 0.6 ＝ a＞b＞c 投料比相同，溫度越高，α(CO)越小，平衡左移，該反應(yīng)為放熱反應(yīng) K1·K2 ＜

【解析】

（1）①根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；

②要加快反應(yīng)速率并提高 CO2 的轉(zhuǎn)化率，可以增大反應(yīng)物H2的濃度，使平衡右移；

（2）由Ⅱ可得反應(yīng)的平衡常數(shù)K===0.167，通過列方程式寫出方程式可以解出c的值；

（3）①增大H2的濃度，平衡右移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故有a＞b＞c；

②通過圖可知，溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升溫平衡逆向移動(dòng)，故正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)；

（4），，，；

（5）根據(jù)（3）可得K3(500℃)= K1·K2=2.5×1.0=2.50；K3(800℃)= K1·K2=0.15×2.50=0.375；升高溫度，平衡常數(shù)減小，反應(yīng)放熱，ΔH<0。

(1) ①已知：I.CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H=+41.3kJ/mol

II.2CO（g）+4H2（g）C2H4（g）+2H2O（g）△H=-210.5kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，I2+II可得：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）△H= -127.9kJ/mol，因此，本題正確答案是：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）△H= -127.9kJ/mol；

②A.正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，低壓有利于逆向進(jìn)行，CO2的轉(zhuǎn)化率減小，故A錯(cuò)誤；

B. 分離出水蒸氣，生成物濃度減小，平衡正向移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，但反應(yīng)速率減小，故B錯(cuò)誤；

C. 加入合適的催化劑，可以加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率不變，故C錯(cuò)誤；

D. 增大 H2濃度，平衡正向移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，反應(yīng)速率增大，故D正確；

E. 升高溫度反應(yīng)速率增大；反應(yīng)CO2(g)+H2(g)CO(g)+ H2O(g) △H =+41.3kJ·mol -1吸熱，升高溫度平衡正向移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率增大，故E正確；

因此，本題正確答案是：DE；

（2）由Ⅱ可得反應(yīng)的平衡常數(shù)K===0.167實(shí)驗(yàn)Ⅲ中有

H2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋H2(g)

起始（mol）2 1 0 0

轉(zhuǎn)化（mol）x x x x

平衡（mol）2-x 1-x x x

帶入K== =0.167，解得x=0.4，則平衡時(shí)n（CO）=c=1-x=0.6mol；實(shí)驗(yàn)組Ⅱ中 H2O(g) 的轉(zhuǎn)化率αⅡ(H2O)= ×100%=40%，實(shí)驗(yàn)組Ⅲ中 CO的轉(zhuǎn)化率αⅢ(CO)= ×100%=40%，故αⅡ(H2O)= αⅢ(CO)；

（3）①增大H2的濃度，平衡右移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故有a＞b＞c，故答案為：a＞b＞c；

②通過圖可知，溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升溫平衡逆向移動(dòng)，故正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)。

（4），，，，故正確答案是：K1·K2；

（5）根據(jù)（3）可得K3(500℃)= K1·K2=2.5×1.0=2.50；K3(800℃)= K1·K2=0.15×2.50=0.375；升高溫度，平衡常數(shù)減小，反應(yīng)放熱，ΔH<0。