Question

【题目】将无机碳转化为有机化合物是目前研究的热点，也是减少CO2和CO的有效措施之一，对环境的保护起到了积极作用。

I.二氧化碳催化加氢甲烷化工艺是利用氨还原CO2,反应为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(l)H1。

(1)已知：H2(g)的燃烧热H2=-285.8kJ·mol-1，CH4(g)的燃烧热H=-890.3kJ·mol-1，则△H1=________kJ·mol-1。

(2)测得该反应的吉布斯自由能(G=H-TS)随温度的变化曲线如图甲所示，为使CO2顺利转化为CH4，反应应在___下进行。

II.一氧化碳催化加氢制甲醇：CO(g)+2H2(g)CH2OH(g)。

(3)图乙是反应中部分物质的浓度随时间t的变化情况，0~10min内，用H2表示的平均反应速率v(H2)=_____，该反应平衡常数的表达式为_______________。

(4)在容积可变的密闭容器中充入10molCO和20molH2，CO的平衡转化率随温度(T)、压强(p)的变化如图丙所示。

①p1______(填“>”“<”或“=”)p2。

②比较图丙中A、C两点，平衡常数KA__________(填“>”“<”或“=")KC。

③若达到化学平衡状态点A时，容器的体积为20L，T1℃时平衡常数KA=______

Answer 1

【答案】-252.9 温度低于870K 0.15mol·L-1·min-1 < > 4

【解析】

(1)H2(g)的燃烧热H2=-285.8kJ·mol-1，则有H2(g)+O2(g)=H2O(l)H2=-285.8kJmol-1 反应a；

CH4(g)的燃烧热H=-890.3kJ·mol-1，则有CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)H=-890.3KJmol-1 反应b；

根据盖斯定律：a×4-b可得CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(l) H1=(-285.8kJmol-1)×4-(-890.3KJmol-1)=-252.9 kJmol-1；

(2)G<0时反应才有自发性，据图可知温度低于870K时G<0；

(3)据图可知图示两种物质单位时间内浓度变化量相等，根据方程式可知应为CO和CH3OH的物质的量浓度变化曲线，10min内CO或CH3OH的浓度变化均为0.75mol/L，则c(H2)=1.5mol/L，所以v(H2)==0.15mol·L-1·min-1；根据平衡常数的定义可知该反应的平衡常数表达式为K=；

(4)①据图可知相同温度下p2压强下CO的转化率更大，该反应为气体体积减小的反应，压强越大转化率越大，所以p1<p2；

②等压条件下温度越高CO的转化率越小，说明温度升高平衡逆向移动，正反应为放热反应，温度越高平衡常数越小，所以KA>KC；

③A点CO的转化率为50%，初始投料为10molCO和20molH2，容器体积为20L，列三段式有：

平衡常数KA==4。