Question

【題目】“碳化學(xué)”是綠色化學(xué)的重要組成部分。

(1)由CO2制備甲醇的過(guò)程發(fā)生的主要反應(yīng)如下：

反應(yīng)I: CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g) △H 1<0；

向2 L恒容密閉容器中充入3molH2和1.5molCO2，在一定條件下該反應(yīng)l0min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率a(CO2)=60%，則v(H2) =_________________________。(填字母)。

若要同時(shí)提高反應(yīng)速率和甲醇的產(chǎn)量，以下措施一定可行的是

a.升高溫度 b.縮小容器體積 c.分離出甲醇 d.增加CO2的濃度

(2)已知: CO2(g)+ 2H2(g)C(s)+ 2H2O(g) △H =-90.0kJ/mol ；H2O(1)=H2O(g) △H =+44.0kJ/mol； C(s)的燃燒熱為394.0kJ/mol。則H2的燃燒熱為_________kJ/mol。

(3)在某條件下，將4molH2和1molCO2，置于2L密閉容器中發(fā)生反應(yīng):

反應(yīng)II :CO2(g)+4H(g) CH4(g)+2H2O(g) △H2

反應(yīng)Ⅲ: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H3

CO2轉(zhuǎn)化率、CH4和CO 選擇性隨溫度變化情況分別如圖所示(選擇性: 轉(zhuǎn)化的CO2中生成CH4或CO 的百分比)。

①反應(yīng)II的△H2________(填“>”、“<“或“=")0，理由是_________________________。

②350℃時(shí)，反應(yīng)II 的平衡常數(shù)K=_______。為減少CO 在產(chǎn)物中的比率，可采取______的措施有______(例舉一例回答)。

Answer 1

【答案】 0.135mol·L-1·min-1 b d 286.0或ΔH =－286.0 ＜ 平衡后升高溫度，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，可知該平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng) 100 增大壓強(qiáng)

【解析】(1) CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)

起始(mol) 1.5 3 0 0

反應(yīng)(mol)1.5×60% 3×1.5×60% 1.5×60% 1.5×60%

平衡(mol) 0.6 0.3 0.9 0.9

v(H2)==0.135mol·L-1·min-1；a.升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)量減少，錯(cuò)誤；b.縮小容器體積，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率增大，平衡正向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)量增大，正確；c.分離出甲醇，甲醇的濃度減小，反應(yīng)速率減慢，錯(cuò)誤；d.增加CO2的濃度，反應(yīng)速率增大，平衡正向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)量增大，正確；故選bd，故答案為：0.135mol·L-1·min-1；b d；

(2)①CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)△H=-90.0kJ/mol，②H2O(1)═H2O(g)△H=+44.0kJ/mol，C(s)的燃燒熱△H=-394.0kJmol-1，故熱化學(xué)方程式為③C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-394.0kJ/mol， ×①+×③-②得，H2(g)+ O2(g)=H2O(l)△H=-286kJ/mol，故答案為：286或△H=-286；

(3)①反應(yīng)II達(dá)到平衡狀態(tài)后，隨溫度升高二氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率減小，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故＜0；原因是反應(yīng)Ⅰ達(dá)到平衡狀態(tài)后，隨溫度升高二氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率減小，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：＜；反應(yīng)II達(dá)到平衡狀態(tài)后，隨溫度升高二氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率減小，說(shuō)明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

② CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

開(kāi)始(mol) 1 40 0

變化(mol)0.83.2 0.81.6

平衡(mol)0.20.8 0.8 1.6，

則c(CO2)= =0.1mol/L，c(H2)= =0.4mol/L，c(CH4)= =0.4mol/L，c(H2O)= =0.8mol/L，則K===100，由圖像知，為減少CO在產(chǎn)物中的比率，可采取的措施有增加壓強(qiáng)或降低溫度，故答案為：100；增加壓強(qiáng)。