Question

【題目】CO2是一種溫室氣體，對(duì)人類的生存環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響，維持大氣中CO2的平衡對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)有著重要意義。

（1）CO2加氫合成低碳烯烴技術(shù)能有效利用CO2，以合成C2H4為例。該轉(zhuǎn)化分為兩步進(jìn)行：

第一步：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41.3kJ/mol

第二步：2CO(g)+4H2(g)C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2=-210.5kJ/mol

CO2加氫合成乙烯的熱化學(xué)方程式為__。

（2）利用CO2和H2合成甲醇又是一個(gè)有效利用CO2的途徑，反應(yīng)如下：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3

①在容積為2L的恒容密閉容器中，通入2molCO2和3molH2發(fā)生上述反應(yīng)，下列說法能夠表明該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是__（填字母）

a.消耗1.5molH2時(shí)，有0.5molCH3OH生成

b.轉(zhuǎn)移3mol電子時(shí)，消耗11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）CO2

c.體系中氣體的密度不變

d.水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)保持不變

e.單位時(shí)間內(nèi)生成H2與生成H2O的物質(zhì)的量之比為3：1

②研究溫度對(duì)該反應(yīng)甲醇產(chǎn)率的影響。在210℃～290℃，保持原料氣中CO2和H2的投料比不變，按一定流速發(fā)生上述反應(yīng)。得到甲醇平衡產(chǎn)率與溫度的關(guān)系如圖所示，ΔH3__0（填“＞”、“=”或“＜”）。判斷依據(jù)是__。

③在一固定容積的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)。若要提高平衡時(shí)CH3OH產(chǎn)率，則可以采取的措施是__（填字母）。

a.升溫 b.加入催化劑 c.增加CO2的濃度 d.加入H2加壓 e.加入惰性氣體 f.分離出甲醇

（3）在一定溫度和催化劑作用下，也可將CO2轉(zhuǎn)化為燃料CH4，反應(yīng)方程式為CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。當(dāng)30℃時(shí)，一定量的CO2和H2混合氣體在容積為1L的恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，5min后達(dá)到半衡，此時(shí)各物質(zhì)的濃度如下表：

物質(zhì)	CO2(g)	H2(g)	CH4(g)	H2O(g)
濃度/mol·L-1	0.2	0.8	a	1.6

則a=__，該反應(yīng)平衡常數(shù)K=__。

（4）以TiO2/Cu2Al2O4為催化劑，利用CH4可以將CO2直接轉(zhuǎn)化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關(guān)系如圖所示，乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍是__。250～300℃時(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是__。

Answer 1

【答案】2CO2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=-127.9 kJ/mol de ＜ 溫度升高，甲醇的平衡產(chǎn)率降低說明正反應(yīng)放熱 cdf 0.8 25 300～400℃ 溫度超過250℃，催化劑的催化效率明顯降低

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)1×2+反應(yīng)2可以得到CO2加氫合成乙烯的化學(xué)方程式，ΔH=ΔH1×2+ΔH2=+41.3kJ/mol×2-210.5kJ/mol=-127.9 kJ/mol，則熱化學(xué)方程式為2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=-127.9 kJ/mol。

(2)①a.消耗1.5molH2時(shí)，有0.5molCH3OH生成，兩者都為正反應(yīng)速率，不能表明達(dá)到平衡狀態(tài)；

b.轉(zhuǎn)移3mol電子時(shí)，消耗11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）CO2，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，則不能表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

c.容器的體積不變，體系中氣體的質(zhì)量不變，則氣體一直密度不變，不能表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

d.水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)保持不變，說明各組分濃度不再改變，則表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

e.單位時(shí)間內(nèi)生成H2為逆反應(yīng)方向，生成H2O為正反應(yīng)方向，兩者生成的物質(zhì)的量之比為3：1，則正逆反應(yīng)速率相等，表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

答案選de。

②由圖像可知，隨溫度升高甲醇的平衡產(chǎn)率降低，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH3＜0。

③a.因?yàn)檎�反�?yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動(dòng)，平衡時(shí)CH3OH產(chǎn)率降低；

b.催化劑不影響化學(xué)平衡，加入催化劑，平衡時(shí)CH3OH產(chǎn)率不變；

c.增加CO2的濃度，平衡正向移動(dòng)，平衡時(shí)CH3OH產(chǎn)率增大；

d.加入H2加壓，增加反應(yīng)物濃度，平衡正向移動(dòng)，平衡時(shí)CH3OH產(chǎn)率增大；

e.加入惰性氣體，容器體積不變，反應(yīng)物與生成物的濃度不變，平衡不移動(dòng)，平衡時(shí)CH3OH產(chǎn)率不變；

f.分離出甲醇，減小生成物的濃度，平衡正向移動(dòng)，平衡時(shí)CH3OH產(chǎn)率增大；

答案選cdf。

(3)CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)則，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)生成H2O(g)的濃度為1.6 mol·L-1，則生成c(CH4)=c(H2O)=0.8 mol·L-1，則a=0.8，該反應(yīng)平衡常數(shù)=。

（4）由圖像可知，溫度300～400℃時(shí)催化效率增強(qiáng)，但乙酸的生成速率降低，主要因?yàn)闇囟扔绊懥艘宜岬纳�成速率；由圖像可知當(dāng)溫度超過250℃，催化劑的催化效率明顯降低，則溫度升高而乙酸的生成速率降低。