Question

【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(xué)家加強(qiáng)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(xué)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(xué)方程式為_________________________________。

（2）CO2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。

向1L恒容密閉容器中充入2mol CO2(g)和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(diǎn)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(jìn)一步可合成二甲醚。已知：298K和101kPa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(xué)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(dá)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(qiáng)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6molCO2和12mol H2充入2L的密閉容器中，5min后反應(yīng)達(dá)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___________________。

Answer 1

【答案】 CO2C+O2 ＜ 增大壓強(qiáng)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C和O2，FeO是催化劑，總反應(yīng)的化學(xué)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ΔH＜0。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?yàn)樵摲磻?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(qiáng)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(diǎn)的投料比為2，則該1L恒容密閉容器中充入2mol CO2(g)和4 mol H2(g)。由圖可知，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則500℃時，CO2的變化量為1mol，變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故H2、C2H4、H2O的變化量分別為3 mol、0.5 mol、2 mol，CO2、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/L、2 mol/L，所以，該溫度下的平衡常數(shù)K(B)= 8L3·mol3。

（3）①已知：298K和101kPa條件下，①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)；△H=-akJmol-1 ②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-bkJmol-1；③CH3OH(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(xué)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(dá)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?yàn)闇p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。

③span>T1溫度下，將6molCO2和12mol 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(dá)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，則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。