Question

【题目】CO2是一种常用的化工原料，经常可以用来转化成高附加值的CO、CH4、CH3OH、CO(NH2)2等一碳（C1）产物。

Ⅰ.以CO2与NH3为原料可以合成尿素[CO(NH2)2]。合成尿素的反应为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)。在不同温度及不同y值下合成尿素，达到平衡时，氨气转化率的变化情况如图所示。该反应的ΔH___(填“＞”、“＜”或“＝”，下同)0，若y表示压强，则y1___y2，若y表示反应开始时的氨碳比[]，则y1__y2。

Ⅱ.CO2加氢过程，主要发生的三个竞争反应为：

反应i：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H=-49.01kJmol-1

反应ii：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) H=-165.0kJmol-1

反应iii：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H=+41.17kJmol-1

回答下列问题：（1）由CO、H2合成甲醇的热化学方程式为__。

（2）如图是某甲醇燃料电池工作的示意图。

质子交换膜(只有质子能够通过)左右两侧的溶液均为1L2mol·L-1H2SO4溶液。电极a上发生的电极反应为___，当电池中有1mole发生转移时左右两侧溶液的质量之差为___g(假设反应物耗尽，忽略气体的溶解)。

（3）我国科学家研究了不同反应温度对含碳产物组成的影响。在反应器中按=3∶1通入H2和CO2，分别在0.1MPa和1MPa下进行反应。试验中温度对平衡组成C1(CO2、CO、CH4)中的CO和CH4的影响如图所示（该反应条件下甲醇产量极低，因此忽略“反应i”)：

则表示1MPa时CH4和CO平衡组成随温度变化关系的曲线分别是___、___。M点所表示物质的平衡组成高于N点的原因是___。

Answer 1

【答案】＜ ＞ ＜ CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-90.18kJmol-1 CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+ 12 a d 相同温度下，增大压强反应II向正方向移动，c(H2O）增大，使得反应III向逆方向移动，使得CO平衡组分降低

【解析】

结合温度和压强对平衡的影响分析解答，利用盖斯定律书写热化学反应方程式并计算反应热，根据原电池原理，电极a为负极，电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，电极b为正极，电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，结合电极反应式进行计算。

Ⅰ.由图象分析可知，温度升高，氨气转化率减小，说明平衡逆向进行，正反应为放热反应，则△H＜0，压强越大平衡正向进行，氨气转化率增大，若y表示压强，则一定温度下y1大于y2，若y表示反应开始时的水碳比，升温平衡逆向进行，氨气转化率减小，一定温度下，水和二氧化碳之比越大，平衡逆向进行，氨气转化率越小，则y1小于y2，故答案为：＜；＞；＜；

Ⅱ.(1)反应i-反应iii即可得CO、H2合成甲醇的热化学方程式：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，根据盖斯定律计算焓变：△H=-49.01kJmol-1-41.17kJmol-1=-90.17kJmol-1，故答案为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-90.18kJmol-1；

(2)由上述分析可知，负极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，当转移1mol电子时，左侧质量减轻×12g=2g，还要有1mol H+通过质子交换膜进入右侧，质量减少1g，正极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，右侧质量增加32g×=8g，加上转移过来的1gH+，因此左右两侧溶液的质量之差为8g+1g+2g+1g=12g，故答案为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；12；

(3)对于反应ii，升高温度，平衡逆移，CH4、H2O的百分含量减少，对于平衡iii，升高温度，则平衡正移，CO的百分含量增加；增大压强，反应ii，平衡正移，H2O的百分含量增大，使反应Ⅲ逆移，CO百分含量降低，综上：CH4、CO的变化幅度相对较小，则表示CH4和CO平衡组成随温度变化关系的曲线分别是a、d，故答案为：a；d；相同温度下，增大压强反应II向正方向移动，c(H2O）增大，使得反应III向逆方向动，使得CO平衡组分降低。