题目内容
【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890kJ·mol-1、283kJ·mol-1、285.5kJ·mol-1,计算下列反应的反应热:CO2(g)+CH4(g)=2CO(g)+2H2(g) △H=___kJ·mol-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△H__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___。
【答案】+247.6 < d点均达到平衡状态,催化剂不影响平衡转化率 低温 H2O 50%
【解析】
(1)根据题意得到:①;
②;
③;
由盖斯定律①-②×2-③×2得到:
=+247.6kJ/mol,
故答案为:+247.6;
(2)由图象可以看出,随着反应的进行,温度逐渐升高,CO2转化率先逐渐升高,然后逐渐下降,说明反应为放热反应,最后转化率相等,其原因是d点是反应均已达到了平衡状态,且催化剂不影响平衡移动,
故答案为:<;d点均达到平衡状态,催化剂不影响平衡转化率;
(3)①.根据图示曲线可知,温度升高氢气物质的量增大,平衡左移,说明正反应为放热反应,<0,正反应混乱度减小,即
<0,所以根据
,说明反应能够自发进行,即要在较低温下能自发进行,
故答案为:低温;
②.根据氢气的物质的量变化,说明a是CO2,所以b、c为乙烯和水蒸气,由于乙烯与水蒸气的改变量之比为1:4,所以b为H2O,
故答案为:H2O;
③.T1温度下a为2mol,乙烯(c)为1mol,氢气为6mol,水蒸气为4mol,说明反应的氢气为6mol,所以T1温度下平衡转化率为:=50%,
故答案为:50%。
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【题目】NO和CO都是汽车排放尾气中的有害物质,需要进一步处理和利用。
(1)已知:CO可将部分氮的氧化物还原为N2。
反应Ⅰ:2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g) △H = -746 kJ·mol-1
反应Ⅱ:4CO(g)+2NO2(g)N2(g)+4CO2(g) △H = -1200 kJ·mol-1
写出CO将NO2还原为NO的热化学方程式__________________。
(2)在密闭容器中充入5 mol CO和4 mol NO,发生上述反应I,如图为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。
回答下列问题:
①温度:T1_________T2(填“<”或“>”)。
②某温度下,在体积为2 L的密闭容器中,反应进行10分钟放出热量373 kJ,用CO的浓度变化表示的平均反应速率v(CO)=_____________。图中A~G点中,正反应速率最快的是______点(填序号)
③某温度下,反应达到平衡状态D点时,容器体积为2 L,此时的平衡常数K =_____(结果精确到0.01);
(3)工业上可以利用CO与H2反应合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H。若在温度和容积相同的三个密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡时的有关数据如下表:
容器 | 反应物投入量 | 反应物的转化率 | CH3OH的浓度(mol/L) | 能量变化(Q1、Q2、Q3均大于0) |
1 | 1molCO和2molH2 | a1% | c1 | 放出Q1KJ热量 |
2 | 1molCH3OH | a2% | c2 | 吸收Q2KJ热量 |
3 | 2molCO和4molH2 | a3% | c3 | 放出Q3KJ热量 |
①该反应的△H为_________;(用带Q1、Q2或Q3的式子表示)
②下列关系一定正确的是(______)
A. c1= c2 B. a1 >a3 C.a1=a2 D. 2Q1 < Q3