Question

【題目】資源化利用二氧化碳不僅可減少溫室氣體的排放，還可重新獲得燃料或重要工業產品。

（1）有科學家提出可利用FeO吸收和利用CO2，相關熱化學方程式如下：6 FeO（s） + CO2（g） ＝ 2 Fe3O4（s） + C（s） ΔH＝－76.0 kJ/mol，該反應中每放出38 kJ熱量，轉移電子的物質的量為 mol。

（2）在一定條件下，二氧化碳轉化為甲烷的反應如下：CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）ΔH＜0

①向一容積為2 L的恒容密閉容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃時發生上述反應，達到平衡時各物質的濃度分別為CO2 0.2 mol/L，H2 0.8 mol/L， CH4 0.8 mol/L，H2O 1.6 mol/L，起始充CO2和H2的物質的量分別為 、 ，CO2的平衡轉化率為 。

②現有兩個相同的恒容絕熱（與外界沒有熱量交換）密閉容器I、II，在I中充入1 mol CO2和4 mol H2，在II中充入1 mol CH4和2 mol H2O（g），300℃下開始反應。達到平衡時，下列說法正確的是 。

A．容器I、II中正反應速率相同

B．容器I、II中CH4的物質的量分數相同

C．容器I中CO2的物質的量比容器II中的多

D．容器I中CO2的轉化率與容器II中CH4的轉化率之和小于1

Answer 1

【答案】（1）2 （2）①2 mol 8 mol 80% ②C D

【解析】

試題分析：（1）先由可知，參加反應的CO2為mol = 0.5mol，再由化合價升降可得關系式：6 FeO（s） + CO2（g） ＝ 2 Fe3O4（s） + C（s）～4e-，由轉移電子與CO2的物質的量之比等于系數之比可知，該反應轉移了0.5 mol × 4 = 2 mol；（2）① 先由三行數據法和題意逆推可知：

CO2（g） + 4 H2（g） CH4（g） + 2 H2O（g）

起始濃度/ molL-1 1.0 4.0 0 0

變化濃度/ molL-1 0.8 3.2 0.8 1.6

平衡濃度/ molL-1 0.2 0.8 0.8 1.6

再由cV=n可知，起始時容器內投入CO2和H2的物質的量分別為2.0mol、8.0mol；然后由可知，CO2的平衡轉化率為80%； （3）A、由反應CO2（g） + 4 H2（g） CH4（g） + 2 H2O（g）的速率方程可知，容器I中v（正） = k（正）c（CO2） c4（H2），容器II中v（正） = k（正）c（CH4） c2（H2O），A錯誤；B、如果不是一個絕熱容器，那么在兩個容器中按題中的投料是等效平衡，也就是說兩個容器中甲烷的含量應該相等，CO2（g） + 4 H2（g） CH4（g） + 2 H2O（g）的正反應是ΔH ＜ 0的放熱反應，則絕熱容器I中溫度升高，相當于在容器II中反應所達平衡的基礎上升溫，平衡向逆反應方向移動，I中CH4的物質的量分數將比II中小，B錯誤；C、CO2（g） + 4 H2（g） CH4（g） + 2 H2O（g）的正反應是ΔH ＜ 0的放熱反應，則絕熱容器I中溫度升高，相當于在容器II中反應所達平衡的基礎上升溫，平衡向逆反應方向移動，I中CO2的物質的量將比II中大，C正確；D、如果按照等效平衡來考慮的話，容器I中CO2的轉化率與容器II中CH4的轉化率之和等于1，CO2（g） + 4 H2（g） CH4（g） + 2 H2O（g）的正反應是ΔH ＜ 0的放熱反應，則絕熱容器I中溫度升高，相當于在容器II中反應所達平衡的基礎上升溫，平衡向逆反應方向移動，I中CO2的轉化率比與容器II中CH4的轉化率小，二者之和小于100%，D正確；答案選CD。