【題目】《巴黎協(xié)定》所倡導(dǎo)的是全球綠色、低碳。如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用CO2引起了全世界的普遍重視。為減小和消除CO2對環(huán)境的影響,一方面世界各國都在限制其排放量,另一方面科學家加強了對CO2創(chuàng)新利用的研究。二氧化碳的捕集、利用是我國能源領(lǐng)域的一個重要戰(zhàn)略方向。

1科學家提出由CO2制取C的太陽能工藝如圖14 甲所示,總反應(yīng)的化學方程式為_________________________________。

2CO2經(jīng)催化加氫可合成低碳烯烴,合成乙烯的反應(yīng)為2CO2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。

1L恒容密閉容器中充入2mol CO2(g)n mol H2(g),在一定條件下發(fā)生該反應(yīng)。CO2的轉(zhuǎn)化率與溫

度、投料比[x=]的關(guān)系如圖乙所示。

①該反應(yīng)的ΔH__________0(填“>”、“<”或“=”)。

②為提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率,除改變溫度外,還可采取的措施是____________(寫1條即可)。

③圖中X1_________X2(填“<”“>”.或“=”,下同)。

④若圖乙中B點的投料比為2,則500℃時的平衡常數(shù)K(B)=_________________。

3工業(yè)上用CO2生產(chǎn)甲醇燃料,進一步可合成二甲醚。已知:298K101kPa條件下,

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l) △H=-akJmol-1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-bkJmol-1

CH3OH(g)=CH3OH(l) △H=-ckJmol-1

①CH3OH(l)燃燒熱的熱化學方程式為________________________________。

②合成二甲醚的總反應(yīng)為2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H=-130.8kJmol-1。一定條件下,該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)后,若改變反應(yīng)的某一個條件,下列變化能說明平衡一定向正反應(yīng)方向移動的是_____________(填序號)。

a.逆反應(yīng)速率先增大后減小 b.H2的轉(zhuǎn)化率增大 c.反應(yīng)物的體積百分含量減小

③在某壓強下,合成二甲醚的反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示。T1溫度下,將6molCO212mol H2充入2L的密閉容器中,5min后反應(yīng)達到平衡狀態(tài),則0~5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3)=____________;KC、KD、KE三者之間的大小關(guān)系為___________________。

【答案】 CO2C+O2 增大壓強或增大c(H2)(或其他合理答案) 8L3·mol3 CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) b 0.18mol/(L·min) KC=KE>KD

【解析】1)由圖14 甲可知,反應(yīng)物是CO2,生成物是CO2,FeO是催化劑,總反應(yīng)的化學方程式為CO2C+O2。

2)由圖中信息可知,CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而減小,故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。①該反應(yīng)的ΔH0。②為提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率,除改變溫度外,還可以增大c(H2)使平衡向正反應(yīng)方向移動;因為該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng),故還可采取的措施是增大壓強使平衡向正反應(yīng)方向移動。③由圖中信息可知,在相同溫度下,X1對應(yīng)的CO2的平衡轉(zhuǎn)化率較大,所以圖中X1>X2。④若圖乙中B點的投料比為2,則該1L恒容密閉容器中充入2mol CO2(g)4 mol H2(g)。由圖可知,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%,500℃時,CO2的變化量為1mol,變化量之比等于化學計量數(shù)之比,故H2、C2H4、H2O的變化量分別為3 mol、0.5 mol、2 molCO2、H2、C2H4、H2O的平衡量分別為1mol、1 mol、0.5 mol、2 mol,CO2、H2、C2H4、H2O的平衡濃度分別為1mol/L、1 mol/L、0.5 mol/L2 mol/L,所以,該溫度下的平衡常數(shù)K(B)= 8L3·mol3。

3)①已知:298K101kPa條件下,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l);H=-akJmol-1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H=-bkJmol-1;CH3OH(g)=CH3OH(l) H=-ckJmol-1。根據(jù)蓋斯定律,由② -①-③可得CH3OH(l)燃燒熱的熱化學方程式為CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) 。

②合成二甲醚的總反應(yīng)為2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) H=-130.8kJmol-1。一定條件下,該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)后,若改變反應(yīng)的某一個條件后:a.逆反應(yīng)速率先增大后減小,則平衡向逆反應(yīng)方向移動;b.H2的轉(zhuǎn)化率增大,平衡向正反應(yīng)方向移動;c.反應(yīng)物的體積百分含量減小,可能是因為減小了反應(yīng)物的濃度平衡向逆反應(yīng)方向移動,也可能是加壓或降溫使平衡向正反應(yīng)方向移動。綜上所述,能說明平衡一定向正反應(yīng)方向移動的是b。

span>T1溫度下,將6molCO212mol H2充入2L的密閉容器中,則投料比為2,由圖可知,5min后反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為60%,CO2的變化量為3.6mol,CH3OCH3的變化量為1.8mol,0~5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3)= 0.18mol/(L·min);合成二甲醚的總反應(yīng)為放熱反應(yīng),其平衡常數(shù)隨溫度升高而在減小,溫度相同K相同。投料比相同時,T1溫度下的CO2的平衡轉(zhuǎn)化率較大,所以,所以T1< T2,KC、KD、KE三者之間的大小關(guān)系為KC=KE>KD。

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