题目内容
【题目】CO2是一种温室气体，对人类的生存环境产生巨大的影响，维持大气中CO2的平衡对生态环境保护有着重要意义。
（1）CO2加氢合成低碳烯烃技术能有效利用CO2，以合成C2H4为例。该转化分为两步进行：
第一步：CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41.3kJ/mol
第二步：2CO(g)+4H2(g)C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2=-210.5kJ/mol
CO2加氢合成乙烯的热化学方程式为__。
（2）利用CO2和H2合成甲醇又是一个有效利用CO2的途径，反应如下：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3
①在容积为2L的恒容密闭容器中，通入2molCO2和3molH2发生上述反应，下列说法能够表明该可逆反应达到平衡状态的是__（填字母）
a.消耗1.5molH2时，有0.5molCH3OH生成
b.转移3mol电子时，消耗11.2L（标准状况下）CO2
c.体系中气体的密度不变
d.水蒸气的体积分数保持不变
e.单位时间内生成H2与生成H2O的物质的量之比为3：1
②研究温度对该反应甲醇产率的影响。在210℃～290℃，保持原料气中CO2和H2的投料比不变，按一定流速发生上述反应。得到甲醇平衡产率与温度的关系如图所示，ΔH3__0（填“＞”、“=”或“＜”）。判断依据是__。
③在一固定容积的密闭容器中发生上述反应。若要提高平衡时CH3OH产率，则可以采取的措施是__（填字母）。
a.升温 b.加入催化剂 c.增加CO2的浓度 d.加入H2加压 e.加入惰性气体 f.分离出甲醇
（3）在一定温度和催化剂作用下，也可将CO2转化为燃料CH4，反应方程式为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。当30℃时，一定量的CO2和H2混合气体在容积为1L的恒容密闭容器中发生上述反应，5min后达到半衡，此时各物质的浓度如下表：
物质 | CO2(g) | H2(g) | CH4(g) | H2O(g) |
浓度/mol·L-1 | 0.2 | 0. | a | 1.6 |
则a=__，该反应平衡常数K=__。
（4）以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂，利用CH4可以将CO2直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图所示，乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是__。250～300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是__。
【答案】2CO2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=-127.9 kJ/mol de ＜ 温度升高，甲醇的平衡产率降低说明正反应放热 cdf 0.8 25 300～400℃ 温度超过250℃，催化剂的催化效率明显降低
【解析】
(1)根据盖斯定律反应1×2+反应2可以得到CO2加氢合成乙烯的化学方程式，ΔH=ΔH1×2+ΔH2=+41.3kJ/mol×2-210.5kJ/mol=-127.9 kJ/mol，则热化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)
C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=-127.9 kJ/mol。
(2)①a.消耗1.5molH2时，有0.5molCH3OH生成，两者都为正反应速率，不能表明达到平衡状态；
b.转移3mol电子时，消耗11.2L（标准状况下）CO2，不能说明正逆反应速率相等，则不能表明反应达到平衡状态；
c.容器的体积不变，体系中气体的质量不变，则气体一直密度不变，不能表明反应达到平衡状态；
d.水蒸气的体积分数保持不变，说明各组分浓度不再改变，则表明反应达到平衡状态；
e.单位时间内生成H2为逆反应方向，生成H2O为正反应方向，两者生成的物质的量之比为3：1，则正逆反应速率相等，表明反应达到平衡状态；
答案选de。
②由图像可知，随温度升高甲醇的平衡产率降低，则正反应为放热反应，ΔH3＜0。
③a.因为正反应为放热反应，升温平衡逆向移动，平衡时CH3OH产率降低；
b.催化剂不影响化学平衡，加入催化剂，平衡时CH3OH产率不变；
c.增加CO2的浓度，平衡正向移动，平衡时CH3OH产率增大；
d.加入H2加压，增加反应物浓度，平衡正向移动，平衡时CH3OH产率增大；
e.加入惰性气体，容器体积不变，反应物与生成物的浓度不变，平衡不移动，平衡时CH3OH产率不变；
f.分离出甲醇，减小生成物的浓度，平衡正向移动，平衡时CH3OH产率增大；
答案选cdf。
(3)CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)则
，根据表格数据可知，反应生成H2O(g)的浓度为1.6 mol·L-1，则生成c(CH4)=
c(H2O)=0.8 mol·L-1，则a=0.8，该反应平衡常数
=
。
（4）由图像可知，温度300～400℃时催化效率增强，但乙酸的生成速率降低，主要因为温度影响了乙酸的生成速率；由图像可知当温度超过250℃，催化剂的催化效率明显降低，则温度升高而乙酸的生成速率降低。
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