题目内容

【题目】《巴黎协定》所倡导的是全球绿色、低碳。如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2引起了全世界的普遍重视。为减小和消除CO2对环境的影响,一方面世界各国都在限制其排放量,另一方面科学家加强了对CO2创新利用的研究。二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要战略方向。

(1)科学家提出由CO2制取C的太阳能工艺如图14 甲所示,总反应的化学方程式为_________________________________。

(2)CO2经催化加氢可合成低碳烯烃,合成乙烯的反应为2CO2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。

向1L恒容密闭容器中充入2mol CO2(g)和n mol H2(g),在一定条件下发生该反应。CO2的转化率与温

度、投料比[x=]的关系如图乙所示。

①该反应的ΔH__________0(填“>”、“<”或“=”)。

②为提高CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是____________(写1条即可)。

③图中X1_________X2(填“<”“>”.或“=”,下同)。

④若图乙中B点的投料比为2,则500℃时的平衡常数K(B)=_________________。

(3)工业上用CO2生产甲醇燃料,进一步可合成二甲醚。已知:298K和101kPa条件下,

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l) △H=-akJmol-1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-bkJmol-1

CH3OH(g)=CH3OH(l) △H=-ckJmol-1

①CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为________________________________。

②合成二甲醚的总反应为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H=-130.8kJmol-1。一定条件下,该反应达到平衡状态后,若改变反应的某一个条件,下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是_____________(填序号)。

a.逆反应速率先增大后减小 b.H2的转化率增大 c.反应物的体积百分含量减小

③在某压强下,合成二甲醚的反应在不同温度、不同投料比时,CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下,将6molCO2和12mol H2充入2L的密闭容器中,5min后反应达到平衡状态,则0~5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=____________;KC、KD、KE三者之间的大小关系为___________________。

【答案】 CO2C+O2 < 增大压强或增大c(H2)(或其他合理答案) > 8L3·mol3 CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) b 0.18mol/(L·min) KC=KE>KD

【解析】(1)由图14 甲可知,反应物是CO2,生成物是C和O2,FeO是催化剂,总反应的化学方程式为CO2C+O2。

(2)由图中信息可知,CO2的转化率随温度升高而减小,故该反应为放热反应。①该反应的ΔH<0。②为提高CO2的平衡转化率,除改变温度外,还可以增大c(H2)使平衡向正反应方向移动;因为该反应的正反应为气体分子数减少的反应,故还可采取的措施是增大压强使平衡向正反应方向移动。③由图中信息可知,在相同温度下,X1对应的CO2的平衡转化率较大,所以图中X1>X2。④若图乙中B点的投料比为2,则该1L恒容密闭容器中充入2mol CO2(g)和4 mol H2(g)。由图可知,CO2的平衡转化率为50%,则500℃时,CO2的变化量为1mol,变化量之比等于化学计量数之比,故H2、C2H4、H2O的变化量分别为3 mol、0.5 mol、2 mol,CO2、H2、C2H4、H2O的平衡量分别为1mol、1 mol、0.5 mol、2 mol,CO2、H2、C2H4、H2O的平衡浓度分别为1mol/L、1 mol/L、0.5 mol/L、2 mol/L,所以,该温度下的平衡常数K(B)= 8L3·mol3。

(3)①已知:298K和101kPa条件下,①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l);△H=-akJmol-1 ②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=-bkJmol-1;③CH3OH(g)=CH3OH(l) △H=-ckJmol-1。根据盖斯定律,由② -①-③可得CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) 。

②合成二甲醚的总反应为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H=-130.8kJmol-1。一定条件下,该反应达到平衡状态后,若改变反应的某一个条件后:a.逆反应速率先增大后减小,则平衡向逆反应方向移动;b.H2的转化率增大,平衡向正反应方向移动;c.反应物的体积百分含量减小,可能是因为减小了反应物的浓度平衡向逆反应方向移动,也可能是加压或降温使平衡向正反应方向移动。综上所述,能说明平衡一定向正反应方向移动的是b。

③span>T1温度下,将6molCO2和12mol H2充入2L的密闭容器中,则投料比为2,由图可知,5min后反应达到平衡状态时,CO2的平衡转化率为60%,CO2的变化量为3.6mol,CH3OCH3的变化量为1.8mol,则0~5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)= 0.18mol/(L·min);合成二甲醚的总反应为放热反应,其平衡常数随温度升高而在减小,温度相同K相同。投料比相同时,T1温度下的CO2的平衡转化率较大,所以,所以T1< T2,KC、KD、KE三者之间的大小关系为KC=KE>KD。

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