[题目]二氧化碳的捕集.利用与封存是我国能源领域的一个重要战略方向.发展成一项重要的新兴产业.(1)已知:CH4.CO.H2的燃烧热分别为890kJmol-1.283kJmol-1.285.8kJmol-1.计算下列反应的反应热.CO2(g)+CH4(g)＝2CO(g)+ 2H2(g)ΔH＝ kJmol-1.(2)利用废气中的CO2为原料制取甲醇.反应� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

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【题目】二氧化碳的捕集、利用与封存是我国能源领域的一个重要战略方向，发展成一项重要的新兴产业。

（1）已知：CH4、CO、H2的燃烧热分别为890kJmol－1、283kJmol－1、285.8kJmol－1，计算下列反应的反应热。CO2（g）+CH4（g）＝2CO（g）+ 2H2（g）ΔH＝___________kJmol－1。

（2）利用废气中的CO2为原料制取甲醇，反应方程式为：CO2＋3H2CH3OH＋H2O其他条件相同，该甲醇合成反应在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反应相同时间后，CO2的转化率随反应温度的变化如图１所示。

①该反应的ΔH_____0（填“＞”或“＜”）

②d点不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下CO2的转化率相同的原因是________。

（3）用二氧化碳催化加氢来合成低碳烯烃，起始时以0.1MPa，n（H2）∶n（CO2）=3∶1的投料比充入反应器中，发生反应：2CO2（g）+6H2（g）C2H4（g）+4H2O（g）△H，不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图2所示：

①该反应在_________自发进行（填“低温”或“高温”）。

②b代表的物质是______________。

③T1温度下的平衡转化率为_________________，相对于起始状态，平衡时气体的平均分子量增大的百分率为______________（保留三位有效数字）。

【答案】 +247.6 ＜均达到平衡状态，催化剂不影响平衡转化率低温 H2O 50% 23.1%

【解析】（1）根据CH4、H2、和CO的燃烧热分别写出燃烧的热化学方程式：

①O2（g）+2H2（g）=2H2O（l）△H=-571.6kJmol -1；

②CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890kJmol-1；

③2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566 kJmol-1，

利用盖斯定律将②-①-③可得： CO2（g）+CH4（g）＝2CO（g）+ 2H2（g）ΔH＝+247.6 kJmol－1。

（2）由图１可知，该甲醇合成反应在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反应相同时间后，CO2的转化率随着反应温度的升高先增大后减小，说明当反应达到平衡状态后，升高温度化学平衡向逆反应方向移动，所以该反应为放热反应。①该反应的ΔH ＜0.②d点不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下CO2的转化率相同的原因是在此温度下该反应均达到平衡状态，催化剂不影响平衡转化率。

（3）由图2可知，反应物中氢气的平衡量随温度升高而升高，所以该反应为放热反应。根据曲线的变化趋势，可以判断出a、b、c三条曲线分别表示二氧化碳、水和乙烯。①该反应△H<0、△S<0，只有在低温下才能保证△H-T△S<0，所以该反应在低温自发进行。②综合反应中各组分的化学计量数和曲线的变化趋势进行分析，可以判断出b代表的物质是H2O。③起始时以0.1MPa，n（H2）∶n（CO2）=3∶1的投料比充入反应器中，发生反应：2CO2（g）+6H2（g）C2H4（g）+4H2O（g），投料比与化学计量数之比相同，所以两种反应物的平衡转化率是相同的。由图2可知，T1温度下，氢气和水的平衡量分别为6mol和4mol，说明氢气的变化量也是6mol，所以该反应的平衡转化率为50%.在起始状态，氢气和二氧化碳的物质的量分别为12mol和4mol，反应物的平均相对分子质量为；在平衡状态时，CO2、H2、C2H4、H2O的物质的量分别为2mol、6mol、1mol、4mol，平衡时气体的平均相对分子质量为，相对于起始状态，平衡时气体的平均分子量增大的百分率为23.1% 。