Question

【题目】党的十九大报告中多次提及“绿色环保”“生态文明”，而CO2的有效利用可以缓解温室效应，解决能源短缺问题。中科院大连化学物理研究所的科研人员在新型纳米催化剂Na—Fe3O4和HMCM—22的表面将CO2转化为烷烃，其过程如图。

上图中CO2转化为CO的反应为：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H =+41kJ/mol

已知：2CO2(g)+6H2(g)= C2H4(g)+ 4H2O(g) △H =-128kJ/mol

(1)图中CO转化为C2H4的热化学方程式是______________________。

(2)Fe3O4是水煤气变换反应的常用催化剂，可经CO、H2还原Fe2O3制得。两次实验结果如表所示：

	实验I	实验II
通入气体	CO、H2	CO、H2、H2O(g)
固体产物	Fe3O4、Fe	Fe3O4

结合化学方程式解释H2O(g)的作用______________________。

(3)用稀硫酸作电解质溶液，电解CO2可制取甲醇，装置如图所示，电极a接电源的____________极（填“正”或“负”），生成甲醇的电极反应式是______________________。

(4)用CO、H2生成甲醇的反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2，在10L恒容密闭容器中按物质的量之比1：2充入CO和H2，测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示，200℃时n(H2)随时间的变化如表所示：

t/min	0	1	3	5
n(H2)/mol	8.0	5.4	4.0	4.0

①△H2______________（填“＞”“＜”“=”）0。

②写出两条可同时提高反应速率和CO转化率的措施______________________________________。

③下列说法正确的是___________（填字母）。

a．温度越高，该反应的平衡常数越大

b．达平衡后再充人稀有气体，CO的转化率提高

c．容器内气体压强不再变化时，反应达到最大限度

d．图中压强p1＜p2

④0~3min内用CH3OH表示的反应速率v(CH3OH)=____________mol·L-1·min-1

⑤200℃时，该反应的平衡常数K=_____________。向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2molCO、2molH2、2molCH3OH，保持温度不变则化学平衡__________（填“正向”“逆向”或“不”）移动。

Answer 1

【答案】 ，水蒸气能将生成的铁转化为四氧化铁 负 ＜ 增大H2浓度、增大压强 cd (或0.067) 6.25 正向

【解析】

(1)结合已知热化学方程式，根据盖斯定律进行解答；

(3)根据电解池阴阳极的反应类型，结合碳元素化合价的变化分析；

(4)①根据温度对平衡移动的影响分析；

②根据影响反应速率和平衡移动的因素选择合适的方法；

③根据温度、压强对平衡的影响分析；

④0～3min内，根据△n(H2)，计算△n(CH3OH)，根据速率公式进行计算；

⑤计算平衡时刻各气体物质的浓度，进而计算平衡常数，再根据浓度商与平衡常数的关系判断反应进行的方向。

(1)已知：①CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H=+41kJ/mol；②2CO2(g)+6H2(g)= C2H4(g)+ 4H2O(g) △H =-128kJ/mol；根据盖斯定律可知，②-①×2可得CO转化为C2H4的热化学方程式，故答案为：；

(2)由于发生反应，水蒸气能将生成的铁转化为四氧化铁，故答案为：，水蒸气能将生成的铁转化为四氧化铁；

(3)用稀硫酸作电解质溶液，电解CO2可制取甲醇，碳元素的化合价从+4价降低为-2价，得电子，发生还原反应，所以电极a为阴极，阴极与电源负极相连；结合硫酸做电解质溶液，即可写出生成甲醇的电极反应式为，故答案为：负；；

(4)①由图可知，温度越高，CO的平衡转化率越低，说明升高温度，平衡逆向移动，则该反应的正反应为放热反应，△H2＜0，故答案为：＜；

②既能提高反应速率又能使平衡右移的方法有增大H2浓度、增大压强等，故答案为：增大H2浓度、增大压强；

③a. 该反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则温度越高，平衡常数越小，故a错误；
b. 恒容时，充入稀有气体，平衡不移动，反应物的转化率不变，故b错误；
c. 该反应为反应前后气体物质的量变化的反应，则容器内气体压强不再变化时，反应达到平衡状态，即最大限度，故c正确；
d. 相同温度时，p2时CO的转化率大于p1时CO的转化率，说明p1到p2平衡正向移动，而该反应的正反应为气体分子数减小的反应，加压平衡正向移动，故p1＜p2，故d正确；故答案为：cd；

④0～3min内，△n(H2)=8.0mol-4.0mol=4.0mol，则△n(CH3OH)=2.0mol，,故答案为：(或0.067)；

⑤在10L恒容密闭容器中按物质的量之比1：2充入CO和H2，起始氢气的浓度为0.8mol/L，则CO浓度为0.4mol/L，平衡时氢气浓度为0.4mol/L，则平衡时，CO、H2、CH3OH的浓度分别为0.2mol/L、0.4mol/L、0.2mol/L，故；再加入2molCO、2molH2、2molCH3OH，此时，CO、H2、CH3H的浓度分别为0.4mol/L、0.6mol/L、0.4mol/L，，故反应正向进行，故答案为：6.25；正向。