Question

【題目】CO2可作為合成低碳烯烴的原料加以利用。如：2CO2(g)＋6H2(g)CH2＝CH2(g)＋4H2O(g) ΔH＝ a kJ·mol－1如圖所示為在體積為1 L的恒容容器中，投料為3 mol H2和1 mol CO2時，測得的溫度對CO2的平衡轉化率和催化劑催化效率的影響。

已知：H2和CH2＝CH2的標準燃燒熱分別是－285.8 kJ·mol－1和－1411.0 kJ·mol－1。H2O(g) H2O(l) ΔH＝－44 kJ·mol－1

請回答：

（1）a＝__________kJ·mol－1。

（2）上述由CO2合成CH2＝CH2的反應在____________下自發（填“高溫”或“低溫”），理由是____________。

（3）計算250 ℃時該反應平衡常數的數值K=____________。

（4）下列說法正確的是____________。

a．平衡常數大小：M＞N

b．反應物活化分子百分數大小：M＞N

c．其他條件不變，若不使用催化劑，則250℃時CO2的平衡轉化率可能位于點M1

d．其他條件不變，若投料改為4 mol H2和1 mol CO2時，則250℃時CO2的平衡轉化率可能位于點M2

e．當壓強、混合氣體的密度或n(H2)/n(CO2)不變時均可視為化學反應已達到平衡狀態

（5）保持某溫度（大于100℃）不變，在體積為V L的恒容容器中以n(H2)∶n(CO2)＝3∶1的投料比加入反應物，至t0時達到化學平衡。t1時將容器體積瞬間擴大至2V L并保持不變，t2時重新達平衡。作出容器內混合氣體的平均相對分子質量隨時間變化的圖像。

Answer 1

【答案】（1）－127.8

（2）低溫；該反應的ΔH＜0，ΔS＜0（其他合理答案均可）

（3）0.088（或）

（4）a、d

（5）如圖，，起點坐標為（0，12.5），t0達平衡時 應在區間（12.5，20），t2達平衡時 應大于12.5。

【解析】

試題分析：（1）根據題意（1）①6H2（g）+2CO2（g）CH2=CH2（g）+4H2O（g）△H1

②H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H2=-285.8kJmol-1

③CH2=CH2（g）+3O2（g）=2CO2（g）+2H2O（l）△H3=-1411kJmol-1

④H2O(g) = H2O(l) ΔH＝－44 kJ·mol－1

根據蓋斯定律：②×6-③-④×4=①，則△H1=6△H2-△H3-4△H=-127.8kJmol-1；故答案為：－127.8；

（2）CO2合成CH2＝CH2的反應屬于熵減小的反應，根據△G=△S-T△H，反應要自發進行，△G＜0，由于△S＜0，△H＜0，因此低溫自發，故答案為：低溫；該反應的ΔH＜0，ΔS＜0；

（3） 6H2（g）+2CO2（g）CH2=CH2（g）+4H2O（g）

起始（mol）3 1 0 0

反應 1.5 0.5 0.25 1

平衡 1.5 0.5 0.25 1

平衡常數K===，故答案為：；

（4）a．該反應放熱，溫度升高，平衡逆向移動，平衡常數減小，平衡常數大小：M＞N，正確；b．溫度越高，活化分子百分數越大，活化分子百分數M＜N，錯誤；c．催化劑對化學平衡沒有影響，CO2的平衡轉化率不變，錯誤；d．其他條件不變，若投料改為4 mol H2和1 mol CO2時，相當于充入氫氣，平衡右移，CO2的平衡轉化率增大，正確；e．混合氣體的密度始終不變，不能說明化學反應已達到平衡狀態，錯誤。故選a、d；

（5）保持某溫度（大于100℃）不變，在體積為V L的恒容容器中以n(H2)∶n(CO2)＝3∶1的投料比加入反應物，至t0時達到化學平衡。起始==12.5，隨著反應的進行，物質的量減小，增大，t0達到化學平衡時， = =15.38，t1時將容器體積瞬間擴大至2V L并保持不變，相當于減小壓強，平衡逆向移動，氣體的物質的量增大，減小，但大于12.5，因此圖像大致為，故答案為：