Question

【題目】CO2是引起“溫室效應”的主要物質，CO2的甲烷化可以實現其循環利用。

甲烷化過程中，可能發生如下反應:

I. CO2 (g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) △H1

II. CO2 (g)+4H2(g) CO(g)+2H2O(g) △H2

已知反應II中相關的化學鍵鍵能數據如下:

化學鍵	H—H	C=O	CO	H—O
E/(kJ·mol-1)	436	750	1076	463

由此計算△H2=_________________。

(2)在常壓、催化劑條件下，將CO2 和H2 (體積比為1:4，總物質的量為m mol)置于密閉容器中，發生反應I和II。測得CO2轉化率、CH4和CO選擇性隨溫度變化情況分別如圖1和圖2所示(選擇性:轉化的CO2中生成CH4或CO的百分比)

①由圖1和圖2可知，△H1___0(填“>”或“<”)，____________可影響催化劑的選擇性。

②由圖1可知CO2的轉化率呈現先升高后降低的變化趨勢，其原因是________________________________。

③下列措施能提高CO2平衡轉化率的是__________(填標號)

A.提高原料氣中H2所占比例 B.適當增大壓強 C.升高溫度 D.增大催化劑的比表面積 E.前段加熱，后段冷卻

④350℃時，反應在t1時刻達到平衡，平衡時容器體積為VL，該溫度下反應I的平衡常數為_____(用m、V表示)。

⑤550℃時，反應在t2時刻達到平衡，此時容器中H2O(g)的物質的量為__mol(用m表示)

(3)CO2與NaOH溶液反應得到Na2CO3溶液。電解Na2CO3溶液的原理如圖所示，陽極的電極反應式為______________________________________。

Answer 1

【答案】 -66kJ/mol < 溫度 溫度較低時，溫度越高，速率越快，轉化率逐漸增大；溫度較高時，由于兩反應均為放熱反應，溫度越高，平衡逆移，轉化率越低(其它答案合理也可) ABE 625V2/m2 0.198m 4CO32-+2H2O-4e-==4HCO3-+O2↑

【解析】（1）反應熱=反應物總鍵能生成物總鍵能, △H2=(2×750+436)kJmol1（1076 kJmol1+2×463 kJmol1）= -66kJ/mol 答案為：-66kJ/mol

（2）①由圖Ⅰ可知，反應Ⅰ達到平衡狀態后，隨溫度升高二氧化碳平衡轉化率減小，說明正反應為放熱反應，故△H1<0；由圖II可知，催化劑的選擇性受到溫度的影響。②CO2的轉化率先增大是反應正向進行未達平衡狀態，達到平衡狀態后升高溫度，由于反應I和II都是放熱反應，平衡向逆反應方向移動，導致CO2的轉化率降低。③A.提高原料氣中H2所占比例，有利于平衡正向移動，增大CO2的轉化率，A正確；B.適當增大壓強，反應I正向移動，反應II無影響，可導致CO2的轉化率增大，B正確；C. 反應I和II都是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，導致CO2的轉化率減小，C錯誤；D.催化劑不影響平衡的移動，不影響CO2的轉化率，D錯誤；E.前段加熱，反應速率加快，有利于增大CO2的轉化率，后段冷卻平衡正向移動，CO2的轉化率增大，E正確。

④根據圖I 350℃時CO2的平衡轉化率為0.8，三段式進行計算

CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)　

初n 0.2m 0.8m 0 0

轉化n 0.2m ×0.8 0.2m ×0.8×4 0.2m×0.8 0.2m ×0.8×2

平衡n 0.2m ×0.2 0.2m×0.8 0.2m ×0.8 0.2m ×1.6

代入求平衡常數K=[ 0.2m×0.8×（0.2m ×1.6）2×] /[ 0.2m ×0.2×(0.2m×0.8）4×]=625V2/m2

⑤根據圖I可知550℃時CO2的平衡轉化率為0.6，根據圖II可知，轉化的CO2有65%生成CH4，有35%生成CO，根據反應I. CO2 (g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)、II. CO2 (g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)這兩個方程式可得：550℃時，達到平衡，此時容器中H2O(g)的物質的量為：0.2m ×0.6×65%×2+0.2m ×0.6×35%=0.198m。答案為：①< 、 溫度②溫度較低時，溫度越高，速率越快，轉化率逐漸增大；溫度較高時，由于兩反應均為放熱反應，溫度越高，平衡逆移，轉化率越低(其它答案合理也可) ③ ABE ④ 625V2/m2 (單位可寫可不寫) ⑤0.198m

（3）陽極發生氧化反應，水中的氫氧根離子失去電子生成氫離子和氧氣，氫離子與碳酸根離子結合生成碳酸氫根離子，電極反應式為4CO32-+2H2O-4e-==4HCO3-+O2↑答案為：4CO32-+2H2O-4e-==4HCO3-+O2↑