Question

【題目】CO2的回收與利用是科學家研究的熱點課題，可利用CH4與CO2制備“合成氣”（CO、H2），還可制備甲醇、二甲醚、低碳烯烴等燃料產品。

I．制合成氣

科學家提出制備“合成氣”反應歷程分兩步：

反應①：CH4（g）C（ads）+2H2 （g） （慢反應）

反應②：C（ads）+ CO2（g）2CO（g） （快反應）

上述反應中C（ads）為吸附性活性炭，反應歷程的能量變化如圖：

（1）CH4與CO2制備“合成氣”的熱化學方程式為_________。能量變化圖中：E5+E1_________E4+E2（填“＞”、“＜”或“＝”）。

II．脫水制醚

利用“合成氣”合成甲醇后，甲醇脫水制得二甲醚的反應為：

2CH3OH（g）CH3OCH3（g） + H2O（g） ΔH，其速率方程式為：v正= k正·c2（CH3OH），v逆=k逆·c（CH3OCH3）·c（H2O），k正、k逆為速率常數且只與溫度有關。經查閱資料，上述反應平衡狀態下存在計算式：lnKc = 2.205+（Kc為化學平衡常數；T 為熱力學溫度，單位為K）。

（2）反應達到平衡后，僅升高溫度，k正增大的倍數_________ k逆增大的倍數（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）某溫度下（該反應平衡常數Kc為200），在密閉容器中加入一定量 CH3OH，反應到某時刻測得各組分的物質的量如下：

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
物質的量/mol	0.4	0.4	0.4

此時正、逆反應速率的大小：v正 ____v逆 （填“＞”、 “＜”或“＝”）。

（4）500K下，在密閉容器中加入一定量甲醇 CH3OH，反應到達平衡狀態時，體系中CH3OCH3（g）的物質的量分數為_________（填標號）。

A ＜ B C ＞ D 無法確定

Answer 1

【答案】CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=+(E3-E1)kJmol-1 < < > C

【解析】

I．（1）由圖像可知，CH4與CO2制備“合成氣”的熱化學方程式為：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=+(E3-E1)kJmol-1；反應①為慢反應，反應②為快反應，因此可知反應①的活化能大于反應②的活化能，即E4-E1>E5-E2，故E5+E1<E4+E2；

II．（2）溫度升高，lnKC減小，KC減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，故升高溫度，k正增大的倍數小于k逆增大的倍數；

（3）該時刻濃度熵<KC，因此反應正向進行，v正>v逆；

（4）500K下，lnKc = 2.205+=3.21，KC=e3.21=24.78，假設某一時刻c(CH3OH)= c(CH3OCH3)= c(H2O)=amol/L，此時H3OCH3(g)的物質的量分數為，則濃度熵<KC，因此反應正向進行，達到平衡時，CH3OCH3(g)的物質的量分數大于。