Question

【题目】CCUS是一种二氧化碳的捕获、利用与封存的技术，这种技术可将CO2资源化，产生经济效益。请回答下列问题：

(1)利用废气中的CO2为原料可制取甲醇。一定条件下，在恒容密闭容器中发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。

①已知：H2(g)、CH3OH(1)的燃烧热(△H)分别为－285.8kJ·mol－1和－726.5kJ·mol－1；

CH3OH (1)===CH3OH (g) △H=+35.2kJ·mol－1；

H2O(1)===H2O(g) △H=+44kJ·mol－1。

则CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=___________kJ·mol－1。有利于提高H2平衡转化率的条件是___________(填选项字母)。

A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压

②某温度下，向体积为2L的容器中充入6molH2、4 mol CO2，发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，达到平衡时H2的转化率为50%，其平衡常数为___________(保留两位有效数字)。

③起始条件(T1℃、2L密闭容器)如表所示：

	CO2/mol	H2/mol	CH3OH/mol	H2O/mol
I(恒温恒容)	2	6	0	0
II(绝热恒容)	0	0	2	2

达到平衡时，该反应的平衡常数：K(I)___________K(Ⅱ)(填“>”“<”或“=”，下同)；平衡时CH3OH的浓度：c(I)___________c(Ⅱ)。

(2)CO2可用来合成低碳烯烃：2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=－127.8 kJ·mol－1。0.1MPa下，按n(CO2)︰n(H2)=1︰3的投料比充入体积固定的密闭容器中，发生上述反应，不同温度(T)下平衡时的四种气态物质的质量分数()如图所示：

①曲线b、c表示的物质分别为___________、___________(填化学式)。

②保持温度不变，在体积为VL的恒容容器中以n(CO2)︰n(H2)=2︰3的投料比加入反应物，t0时达到化学平衡。t1时将容器体积瞬间扩大至2VL并保持不变，t2时重新达到平衡。请在图中画出容器内混合气体的平均相对分子质量M随时间的变化图象_________。

Answer 1

【答案】-51.7 B 0.05 < < H2O CO2

【解析】

（1）①H2燃烧的热化学方程式为①H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol

CH3OH燃烧的热化学方程式为：②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-726.5kJ/mol

③CH3OH(1)===CH3OH (g) △H=+35.2kJ·mol－1；

④H2O(1)===H2O(g) △H=+44kJ·mol－1。

将得①×3-②+③+④，得CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的△H=-51.7 kJ·mol－1。该反应的特点是正向放热，气体分子总数减少，所以低温、高压均可以使平衡右移，对提高氢气的转化率有利，所以选择B项。

②先以物质的量数据代入列出“三段式”：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，

初始 4 6 0 0

变化 1 3 1 1

平衡 3 3 1 1

容器的体积为2L，所以平衡时CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量浓度（mol/L）分别为：1.5、1.5、0.5、0.5，据平衡常数的本义式有：===0.05。

③从题给表格中数据来看，如若二者温度相同，则两个容器为完全等同的两个平衡——一个从反应物投料，一个从产物投料而已。现一个为恒温，一个为绝热，又由于该反应是正向放热的反应，容器II从产物开始投料，反应过程中吸热，导致温度比容器I的要降低。而温度越低，平衡常数越大，所以KI<KII。容器II的反应相当于在容器I的基础上右移，所以平衡时CH3OH的浓度：c(I)<c(Ⅱ)；2）①反应2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=－127.8 kJ·mol－1，正向是一个放热反应，升温，平衡应左移，所以所给图示中，含量减少的b、d是生成物，增加的a、c是反应物，因按n(CO2)︰n(H2)=1︰3的投料而且体积固定，所以a为H2、b为水、c为CO2，d为乙烯，所以答案为H2O、CO2；②反应前混合气体的平均相对分子质量为：=18.8，所以起点坐标为（0，18.8），随着反应的进行，气体的物质的量减小，混合气体的平均相对分子质量增大，至t0时达到化学平衡，如全部转化为乙烯和水，平均相对分子质量为。t1瞬间扩大至2VL并保持不变，t2时重新达到平衡，平均相对分子质量减小，t2时达平衡时相对分子质量应大于18.8。所以图象为：