Question

【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890 kJmol－1、283 kJmol－1、285.8 kJmol－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”）。

②c代表的物质是_______________。

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

Answer 1

【答案】+247.6＜d均达到平衡状态，催化剂不影响平衡转化率低温C2H450%23.1%

【解析】试题分析：本题为化学反应原理综合测试题，为高考必考题型，题目难度较大。考查点涉及反应热的计算、盖斯定律，化学平衡图像分析和化学平衡计算。

（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=-571.6 kJmol－1；②CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-890 kJmol－1；③2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566 kJmol－1mol-1，利用盖斯定律将②-①-③可得CO2（g）+CH4（g）＝ 2CO（g）+ 2H2（g） ΔH＝+247.6kJmol－1。

（2）分析图1知a、b、c点均未达到平衡状态，升高温度，化学反应速率加快，CO2的转化率增大；d点不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下均达到平衡状态。①d点不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下均达到平衡状态，在升高温度，CO2的转化率逐渐减小，平衡逆向移动，该反应的正反应为放热反应，ΔH＜0；②使用催化剂只能改变反应速率，平衡不移动，不影响CO2的平衡转化率。

（3）①反应：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）正向为气体物质的量减小的反应，△S＜0，由图2知随着温度的升高，平衡时H2的物质的量逐渐增大，平衡逆向移动，则该反应为放热反应，△H ＜0，根据△H-T△H＜0判断该反应在低温自发进行。 ②分析图2知随着温度的升高，平衡时H2的物质的量逐渐增大，平衡逆向移动，a曲线代表反应物CO2，b、c代表生成物，b曲线代表的生成物的物质的量变化大，b曲线代表的物质是H2O，c曲线代表的生成物的物质的量变化小，则c代表的物质是C2H4。③利用三行式分析。设起始加入CO2的物质的量为x，则H2的物质的量为3x。

2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）

起始（mol）x 3x 0 0

转化（mol）2 6 1 4

平衡（mol）2 6 1 4

解得x=4，3x=12。则T1温度下的反应物的平衡转化率为2/4×100%=50%；对于起始状态，气体的平均相对分子质量为（4×44+12×2）÷16=12.5，平衡时气体的平均相对分子质量为（4×44+12×2）÷13=15.4，增大的百分率为（15.4-12.5）/12.5×100%=23.1%。