Question

【题目】“碳化学”是绿色化学的重要组成部分。

(1)由CO2制备甲醇的过程发生的主要反应如下：

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

向2 L恒容密闭容器中充入3molH2和1.5molCO2，在一定条件下该反应l0min时达到平衡状态，二氧化碳的转化率a(CO2)=60%，则v(H2) =_________________________。(填字母)。

若要同时提高反应速率和甲醇的产量，以下措施一定可行的是

a.升高温度 b.缩小容器体积 c.分离出甲醇 d.增加CO2的浓度

(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)的燃烧热为394.0kJ/mol。则H2的燃烧热为_________kJ/mol。

(3)在某条件下，将4molH2和1molCO2，置于2L密闭容器中发生反应:

反应II :CO2(g)+4H(g) CH4(g)+2H2O(g) △H2

反应Ⅲ: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H3

CO2转化率、CH4和CO 选择性随温度变化情况分别如图所示(选择性: 转化的CO2中生成CH4或CO 的百分比)。

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

②350℃时，反应II 的平衡常数K=_______。为减少CO 在产物中的比率，可采取______的措施有______(例举一例回答)。

Answer 1

【答案】 0.135mol·L-1·min-1 b d 286.0或ΔH =－286.0 ＜ 平衡后升高温度，CO2的转化率降低，可知该平衡向逆反应方向移动，故该反应为放热反应 100 增大压强

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

起始(mol) 1.5 3 0 0

反应(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.升高温度，平衡逆向移动，甲醇的产量减少，错误；b.缩小容器体积，压强增大，反应速率增大，平衡正向移动，甲醇的产量增大，正确；c.分离出甲醇，甲醇的浓度减小，反应速率减慢，错误；d.增加CO2的浓度，反应速率增大，平衡正向移动，甲醇的产量增大，正确；故选bd，故答案为：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)的燃烧热△H=-394.0kJmol-1，故热化学方程式为③C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-394.0kJ/mol， ×①+×③-②得，H2(g)+ O2(g)=H2O(l)△H=-286kJ/mol，故答案为：286或△H=-286；

(3)①反应II达到平衡状态后，随温度升高二氧化碳平衡转化率减小，说明正反应为放热反应，故＜0；原因是反应Ⅰ达到平衡状态后，随温度升高二氧化碳平衡转化率减小，说明正反应为放热反应，故答案为：＜；反应II达到平衡状态后，随温度升高二氧化碳平衡转化率减小，说明正反应为放热反应；

② CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

开始(mol) 1 40 0

变化(mol)0.83.2 0.81.6

平衡(mol)0.20.8 0.8 1.6，

则c(CO2)= =0.1mol/L，c(H2)= =0.4mol/L，c(CH4)= =0.4mol/L，c(H2O)= =0.8mol/L，则K===100，由图像知，为减少CO在产物中的比率，可采取的措施有增加压强或降低温度，故答案为：100；增加压强。