Question

【題目】科學家研究出一種以天然氣為燃料的“燃燒前捕獲系統”，其簡單流程如圖所示(條件及物質未標出)。

(1)已知：CH4、CO、H2的燃燒熱分別為890.3 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1、285.8 kJ·mol－1，則上述流程中第一步反應2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)的ΔH＝____________。

(2)\在300 ℃、8 MPa下，將CO2和H2按物質的量之比1∶3 通入一密閉容器中發生反應CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，，達到平衡時，測得CO2的平衡轉化率為50%，則該反應條件下的平衡常數表達式為K＝________

(3)CO2經催化加氫可合成低碳烯烴：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH。在0.1 MPa時，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，如圖所示為不同溫度(T)下，平衡時四種氣態物質的物質的量(n)關系。

①該反應的ΔH________0(填“＞”或“＜”)。

②曲線c表示的物質為________。

③為提高H2的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是_________________。

Answer 1

【答案】－71.4 kJ·mol－1 ＜ C2H4 加壓(或不斷分離出水蒸氣)

【解析】

（1）根據CH4、H2、和CO的燃燒熱分別寫出燃燒的熱化學方程式，利用蓋斯定律書寫該反應的熱化學方程式；

（2）依據平衡常數概念寫出，用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度的冪次方乘積得到平衡常數表達式；

（3）由曲線氫氣的變化，確定反應放熱還是吸熱；隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，因氫氣為反應物，則另一條逐漸增多的曲線為CO2，由計量數關系確定b、c；根據壓強或濃度對平衡的影響判斷。

(1)已知：①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l） △H=－890.3 kJ·mol－1；②CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H=－283.0 kJ·mol－1 ；③H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=－285.8 kJ·mol－1，根據蓋斯定律2×①-②×2-③×4得2CH4(g)＋O2(g)＝2CO(g)＋4H2(g) ΔH＝－71.4 kJ·mol－1；

(2)依據平衡常數概念寫出，用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度的冪次方乘積得到平衡常數表達式；則該反應條件下的平衡常數表達式為K＝；

（3）由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應放熱，故△H＜O；隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，因氫氣為反應物，則另一條逐漸增多的曲線為CO2，由計量數關系可知b為水，c為C2H4的變化曲線；正反應是體積減小的放熱反應，則提高氫氣的轉化率可以采用加壓(或不斷分離出水蒸氣)的方法。