Question

【題目】.研究表明: CO2和 CO可以作為新碳源，解決當前應用最廣泛的碳源(石油和天然氣)枯竭危機。

（1）目前工業上有一種方法是用 CO2加氫合成低碳烯烴。現以合成乙烯(C2H4)為例，該過程分兩步進行:

反應 I: CO2(g)+H2(g)CO(g)+ H2O(g) △H =+41.3kJ·mol -1

反 應 II: 2CO(g)+ 4H2(g) C2H4(g) +2H2O(g) △H =-210.5kJ·mol -1

①CO2加氫合成乙烯的熱化學方程式為_____。

②一定條件下的密閉容器中，上述反應 I 達到平衡后，要加快反應速率并提高 CO2 的轉化率，可以采取的措施是_____(填字母)。

A.減小壓強

B 分離出水蒸氣.

C.加入適當催化劑

D.增大 H2濃度

E.升高溫度

（2）將不同物質的量的H2O(g)和 CO(g)分別通入體積為 2 L 的恒容密閉容器中，進行反應：H2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下三組數據：

實驗組	溫度/℃	起始量/ mol		平衡量/ mol		達到平衡所 需時間/min
		H2O	CO	CO	H2
Ⅰ	650	2	4	2.4	1.6	5
Ⅱ	900	1	2	1.6	0.4	3
Ⅲ	900	a	b	c	d	t

若 a＝2，b＝1，則 c＝_____，達到平衡時實驗組Ⅱ中 H2O(g)和實驗組Ⅲ中 CO的轉化率的關系為 αⅡ(H2O)_____(填“＜”“＞”或“＝”)αⅢ(CO)。

（3）可以用CO在催化劑存在下制備二甲醚的反應原理為：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，已知一定條件下，該反應中 CO 的平衡轉化率隨溫度、投料比 n(H2)/ n(CO)的變化曲線如圖所示。

①a、b、c 按從大到小的順序排序為_____

②根據圖像可以判斷該反應為放熱反應，理由是_________________

（4）工業上還可利用 CO或 CO2來生產燃料甲醇。已知制備甲醇的有關化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數如下表所示：

化學反應	平衡常數	溫度/℃
		500	800
①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)	K1	2.5	0.15
②H2(g)＋CO2H2O(g)＋CO(g)	K2	1.0	2.50
③3H2(g)＋CO2CH3OH(g)＋H2O(g)	K3

據反應①與②可推導出 K1、K2 與 K3之間的關系，則 K3＝_____(用 K1、K2 表示)； 反應③的ΔH_____(填“>”或“＜”)0。

Answer 1

【答案】2CO2+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H= -127.9 kJ/mol DE 0.6 ＝ a＞b＞c 投料比相同，溫度越高，α(CO)越小，平衡左移，該反應為放熱反應 K1·K2 ＜

【解析】

（1）①根據蓋斯定律計算；

②要加快反應速率并提高 CO2 的轉化率，可以增大反應物H2的濃度，使平衡右移；

（2）由Ⅱ可得反應的平衡常數K===0.167，通過列方程式寫出方程式可以解出c的值；

（3）①增大H2的濃度，平衡右移，CO的轉化率增大，故有a＞b＞c；

②通過圖可知，溫度升高CO的轉化率降低，說明升溫平衡逆向移動，故正反應方向為放熱反應；

（4），，，；

（5）根據（3）可得K3(500℃)= K1·K2=2.5×1.0=2.50；K3(800℃)= K1·K2=0.15×2.50=0.375；升高溫度，平衡常數減小，反應放熱，ΔH<0。

(1) ①已知：I.CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H=+41.3kJ/mol

II.2CO（g）+4H2（g）C2H4（g）+2H2O（g）△H=-210.5kJ/mol

根據蓋斯定律，I2+II可得：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）△H= -127.9kJ/mol，因此，本題正確答案是：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）△H= -127.9kJ/mol；

②A.正反應為氣體體積減小的反應，低壓有利于逆向進行，CO2的轉化率減小，故A錯誤；

B. 分離出水蒸氣，生成物濃度減小，平衡正向移動，CO2的轉化率增大，但反應速率減小，故B錯誤；

C. 加入合適的催化劑，可以加快反應速率，但不影響平衡移動，CO2的轉化率不變，故C錯誤；

D. 增大 H2濃度，平衡正向移動，CO2的轉化率增大，反應速率增大，故D正確；

E. 升高溫度反應速率增大；反應CO2(g)+H2(g)CO(g)+ H2O(g) △H =+41.3kJ·mol -1吸熱，升高溫度平衡正向移動，CO2的轉化率增大，故E正確；

因此，本題正確答案是：DE；

（2）由Ⅱ可得反應的平衡常數K===0.167實驗Ⅲ中有

H2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋H2(g)

起始（mol）2 1 0 0

轉化（mol）x x x x

平衡（mol）2-x 1-x x x

帶入K== =0.167，解得x=0.4，則平衡時n（CO）=c=1-x=0.6mol；實驗組Ⅱ中 H2O(g) 的轉化率αⅡ(H2O)= ×100%=40%，實驗組Ⅲ中 CO的轉化率αⅢ(CO)= ×100%=40%，故αⅡ(H2O)= αⅢ(CO)；

（3）①增大H2的濃度，平衡右移，CO的轉化率增大，故有a＞b＞c，故答案為：a＞b＞c；

②通過圖可知，溫度升高CO的轉化率降低，說明升溫平衡逆向移動，故正反應方向為放熱反應。

（4），，，，故正確答案是：K1·K2；

（5）根據（3）可得K3(500℃)= K1·K2=2.5×1.0=2.50；K3(800℃)= K1·K2=0.15×2.50=0.375；升高溫度，平衡常數減小，反應放熱，ΔH<0。