Question

【題目】CCUS是一種二氧化碳的捕獲、利用與封存的技術，這種技術可將CO2資源化，產生經濟效益。請回答下列問題：

(1)利用廢氣中的CO2為原料可制取甲醇。一定條件下，在恒容密閉容器中發生反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。

①已知：H2(g)、CH3OH(1)的燃燒熱(△H)分別為－285.8kJ·mol－1和－726.5kJ·mol－1；

CH3OH (1)===CH3OH (g) △H=+35.2kJ·mol－1；

H2O(1)===H2O(g) △H=+44kJ·mol－1。

則CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=___________kJ·mol－1。有利于提高H2平衡轉化率的條件是___________(填選項字母)。

A.高溫低壓 B.低溫高壓 C.高溫高壓 D.低溫低壓

②某溫度下，向體積為2L的容器中充入6molH2、4 mol CO2，發生反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，達到平衡時H2的轉化率為50%，其平衡常數為___________(保留兩位有效數字)。

③起始條件(T1℃、2L密閉容器)如表所示：

	CO2/mol	H2/mol	CH3OH/mol	H2O/mol
I(恒溫恒容)	2	6	0	0
II(絕熱恒容)	0	0	2	2

達到平衡時，該反應的平衡常數：K(I)___________K(Ⅱ)(填“>”“<”或“=”，下同)；平衡時CH3OH的濃度：c(I)___________c(Ⅱ)。

(2)CO2可用來合成低碳烯烴：2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=－127.8 kJ·mol－1。0.1MPa下，按n(CO2)︰n(H2)=1︰3的投料比充入體積固定的密閉容器中，發生上述反應，不同溫度(T)下平衡時的四種氣態物質的質量分數()如圖所示：

①曲線b、c表示的物質分別為___________、___________(填化學式)。

②保持溫度不變，在體積為VL的恒容容器中以n(CO2)︰n(H2)=2︰3的投料比加入反應物，t0時達到化學平衡。t1時將容器體積瞬間擴大至2VL并保持不變，t2時重新達到平衡。請在圖中畫出容器內混合氣體的平均相對分子質量M隨時間的變化圖象_________。

Answer 1

【答案】-51.7 B 0.05 < < H2O CO2

【解析】

（1）①H2燃燒的熱化學方程式為①H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol

CH3OH燃燒的熱化學方程式為：②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-726.5kJ/mol

③CH3OH(1)===CH3OH (g) △H=+35.2kJ·mol－1；

④H2O(1)===H2O(g) △H=+44kJ·mol－1。

將得①×3-②+③+④，得CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的△H=-51.7 kJ·mol－1。該反應的特點是正向放熱，氣體分子總數減少，所以低溫、高壓均可以使平衡右移，對提高氫氣的轉化率有利，所以選擇B項。

②先以物質的量數據代入列出“三段式”：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，

初始 4 6 0 0

變化 1 3 1 1

平衡 3 3 1 1

容器的體積為2L，所以平衡時CO2、H2、CH3OH、H2O的物質的量濃度（mol/L）分別為：1.5、1.5、0.5、0.5，據平衡常數的本義式有：===0.05。

③從題給表格中數據來看，如若二者溫度相同，則兩個容器為完全等同的兩個平衡——一個從反應物投料，一個從產物投料而已。現一個為恒溫，一個為絕熱，又由于該反應是正向放熱的反應，容器II從產物開始投料，反應過程中吸熱，導致溫度比容器I的要降低。而溫度越低，平衡常數越大，所以KI<KII。容器II的反應相當于在容器I的基礎上右移，所以平衡時CH3OH的濃度：c(I)<c(Ⅱ)；2）①反應2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=－127.8 kJ·mol－1，正向是一個放熱反應，升溫，平衡應左移，所以所給圖示中，含量減少的b、d是生成物，增加的a、c是反應物，因按n(CO2)︰n(H2)=1︰3的投料而且體積固定，所以a為H2、b為水、c為CO2，d為乙烯，所以答案為H2O、CO2；②反應前混合氣體的平均相對分子質量為：=18.8，所以起點坐標為（0，18.8），隨著反應的進行，氣體的物質的量減小，混合氣體的平均相對分子質量增大，至t0時達到化學平衡，如全部轉化為乙烯和水，平均相對分子質量為。t1瞬間擴大至2VL并保持不變，t2時重新達到平衡，平均相對分子質量減小，t2時達平衡時相對分子質量應大于18.8。所以圖象為：