Question

【题目】科学家研究出一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”，其简单流程如图所示部分(条件及物质未标出)。

（1）已知:CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3 kJ·mol-1、283.0 kJ·mol-1、285.8 kJ·mol-1，则上述流程中第一步反应2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) ΔH＝ 。

（2）工业上可用H2和CO2制备甲醇，其反应为：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，某温度下，将1 mol CO2和3 mol H2充入体积不变的2 L密闭容器中，发生上述反应，测得不同时刻反应前后的压强关系如下：

① 用H2 表示前2 h平均反应速率v(H2)＝ 。

② 该温度下CO2的平衡转化率为 。

（3）在300 ℃、8 MPa下，将二氧化碳和氢气按物质的量之比为1∶3通入一密闭容器中发生(2)中反应，达到平衡时，测得二氧化碳的平衡转化率为50%，则该反应条件下的平衡常数Kp＝ (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。

（4）CO2经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO2(g)+6H2(g)CH4(g)+4H2O(g) ΔH。在0.1 MPa时，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，如图所示为不同温度(T)下，平衡时四种气态物质的物质的量(n)关系：

①该反应的ΔH 0(填“＞”、“＝”或“＜”)。

②曲线c表示的物质为 。

③为提高H2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是 ，用平衡移动原理说明理由 。

Answer 1

【答案】(1)-71.4kJ·mol-1

(2)①0.225mol·L-1·h-1②40%

(3)1/48MPa-2或0.0208MPa-2或0.021MPa-2

(4)①<②C2H4③加压(或不断分离出水)

【解析】

试题分析： (1)按顺序把热化学方程式标为①②③:

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-890.3 kJ·mol-1 ①

CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH2= -283.0 kJ·mol-1 ②

H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH3= -285.8 kJ·mol-1 ③

根据盖斯定律，①×2-2×②-4×③得2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) ΔH=-71.4 kJ·mol-1。

(2)①由反应前后的压强关系可知2 h时，体系中气体的总的物质的量为3.4 mol，减少了0.6 mol。

v(H2)=△c/△t=0.9mol/(2L*2h)=0.225 mol·L-1·h-1。②该反应是一个反应前后气体分子数减小的反应，压强不变时，说明反应达到平衡。5 h时反应达到平衡，根据反应前后压强的比值可求得CO2 的平衡转化率为4mol*（1-0.8）/（2*1mol）×100%=40%。

(3)设开始时投入CO2和H2的物质的量分别为1 mol和3 mol。

则平衡时p(CO2)=8 MPa×=4/3 MPa，p(H2)=8 MPa×=4 MPa，

p(CH3OH)=8 MPa×=4/3 MPa，p(H2O)=8 MPa×=4/3 MPa，

Kp===≈0.020 8 (MPa-2)。(4)①由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热，ΔH<0。②随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，因氢气为反应物，则另一条逐渐增多的曲线a代表CO2，由计量数关系可知曲线b代表水，曲线c代表C2H4。③为提高CO2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是增大压强或不断分离出水。