Question

【題目】將無機(jī)碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)化合物是目前研究的熱點(diǎn)，也是減少CO2和CO的有效措施之一，對(duì)環(huán)境的保護(hù)起到了積極作用。

I.二氧化碳催化加氫甲烷化工藝是利用氨還原CO2,反應(yīng)為CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(l)H1。

(1)已知：H2(g)的燃燒熱H2=-285.8kJ·mol-1，CH4(g)的燃燒熱H=-890.3kJ·mol-1，則△H1=________kJ·mol-1。

(2)測得該反應(yīng)的吉布斯自由能(G=H-TS)隨溫度的變化曲線如圖甲所示，為使CO2順利轉(zhuǎn)化為CH4，反應(yīng)應(yīng)在___下進(jìn)行。

II.一氧化碳催化加氫制甲醇：CO(g)+2H2(g)CH2OH(g)。

(3)圖乙是反應(yīng)中部分物質(zhì)的濃度隨時(shí)間t的變化情況，0~10min內(nèi)，用H2表示的平均反應(yīng)速率v(H2)=_____，該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式為_______________。

(4)在容積可變的密閉容器中充入10molCO和20molH2，CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度(T)、壓強(qiáng)(p)的變化如圖丙所示。

①p1______(填“>”“<”或“=”)p2。

②比較圖丙中A、C兩點(diǎn)，平衡常數(shù)KA__________(填“>”“<”或“=")KC。

③若達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)點(diǎn)A時(shí)，容器的體積為20L，T1℃時(shí)平衡常數(shù)KA=______

Answer 1

【答案】-252.9 溫度低于870K 0.15mol·L-1·min-1 < > 4

【解析】

(1)H2(g)的燃燒熱H2=-285.8kJ·mol-1，則有H2(g)+O2(g)=H2O(l)H2=-285.8kJmol-1 反應(yīng)a；

CH4(g)的燃燒熱H=-890.3kJ·mol-1，則有CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)H=-890.3KJmol-1 反應(yīng)b；

根據(jù)蓋斯定律：a×4-b可得CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(l) H1=(-285.8kJmol-1)×4-(-890.3KJmol-1)=-252.9 kJmol-1；

(2)G<0時(shí)反應(yīng)才有自發(fā)性，據(jù)圖可知溫度低于870K時(shí)G<0；

(3)據(jù)圖可知圖示兩種物質(zhì)單位時(shí)間內(nèi)濃度變化量相等，根據(jù)方程式可知應(yīng)為CO和CH3OH的物質(zhì)的量濃度變化曲線，10min內(nèi)CO或CH3OH的濃度變化均為0.75mol/L，則c(H2)=1.5mol/L，所以v(H2)==0.15mol·L-1·min-1；根據(jù)平衡常數(shù)的定義可知該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=；

(4)①據(jù)圖可知相同溫度下p2壓強(qiáng)下CO的轉(zhuǎn)化率更大，該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大轉(zhuǎn)化率越大，所以p1<p2；

②等壓條件下溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明溫度升高平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)越小，所以KA>KC；

③A點(diǎn)CO的轉(zhuǎn)化率為50%，初始投料為10molCO和20molH2，容器體積為20L，列三段式有：

平衡常數(shù)KA==4。