Question

【題目】“低碳經濟”已成為全世界科學家研究的重要課題。為減小和消除CO2對環境的影響，一方面世界各國都在限制其排放量，另一方面科學家加強了對CO2創新利用的研究。

（1）已知：①CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g） 　ΔH=-41 kJ·mol-1

②C（s）+2H2（g）CH4（g）　ΔH=-73kJ·mol-1

③2CO（g）C（s）+CO2（g）　ΔH=-171 kJ·mol-1

寫出CO2與H2反應生成CH4 和H2O（g）的熱化學方程式： __________________。

（2）目前工業上有一種方法是用CO2來生產燃料甲醇。為探究該反應原理，在容積為2L的密閉容器中，充入1 molCO2和3.25 mol H2在一定條件下發生反應，測得CO2、CH3OH（g）和H2O（g）的物質的量（n）隨時間的變化如圖所示：

①從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H2）=_____________。

②下列措施一定不能使CO2的轉化率增大的是_____________（選填編號）。

A.在原容器中再充入1molCO2

B.在原容器中再充入1molH2

C.在原容器中再充入1mol氦氣

D.使用更有效的催化劑

E.縮小容器的容積

F.將水蒸氣從體系中分離

（3）煤化工通常研究不同條件下CO轉化率以解決實際問題。已知在催化劑存在條件下反應：CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）中CO的平衡轉化率隨及溫度變化關系如圖所示：

①上述反應的逆反應方向是_____________反應（填“吸熱”或“放熱”）；

②對于氣相反應，用某組分（B）的平衡分壓（pB）代替平衡濃度（cB）也可以表示平衡常數（記作Kp），則該反應的Kp的表達式為______________，提高，則Kp_____________（填“變大”、“變小”或“不變”）。使用鐵鎂催化劑的實際工業流程中，一般采用400 ℃左右、=3～5，采用此條件的原因可能是___________。

Answer 1

【答案】CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g） △H=-162 kJ·mol-1 0.1125mol·L-1·min-1 ACD 吸熱 不變 催化劑的活性溫度在400℃左右；且投料比=3 ~5時，CO的平衡轉化率較高，成本小

【解析】

（1）根據蓋斯定律②+③-2×①可知CO2與H2反應生成CH4 和H2O（g）的熱化學方程式CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）△H=-162 kJ·mol-1。故答案為：CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g） △H=-162 kJ·mol-1

（2）①用CO2來生產燃料甲醇的化學方程式為CO2+3H2CH3OH+H2O，從反應開始到平衡，H2的物質的量變化了2.25mol，則物質的量濃度變化2.25mol÷2L=1.125mol/L，反應在10min時達到平衡，v（H2）=1.125 mol/L÷10min=0.1125 mol·L-1·min-1。

②A.在原容器中再充入1molCO2將使CO2的轉化率降低；在原容器中再充入1molH2，反應向正反應方向移動，會使CO2的轉化率升高；在原容器中再充入1mol氦氣，由于體積不變，所以濃度不變，因此對反應無影響；催化劑不能改變平衡狀態，只能改變反應速率；縮小容器的容積可以增大壓強，由于反應中反應物的化學計量數之和大于生成物，故反應會向正反應方向移動，使CO2的轉化率升高；將水蒸氣從體系中分離會使反應向正反應方向移動，使CO2的轉化率升高；故選ACD。

（3）①從圖中可以看到，隨著反應溫度升高，CO的平衡轉化率降低，故正反應是放熱反應，所以逆反應是吸熱反應。

②用平衡分壓（pB）代替平衡濃度（cB）表示平衡常數Kp=。提高，對Kp無影響，故Kp不變。使用鐵鎂催化劑的實際工業流程中，一般采用400 ℃左右、=3～5，采用此條件的原因可能是：催化劑的活性溫度在400℃左右；且投料比=3 ~5時，CO的平衡轉化率較高，成本小。