Question

【題目】二氧化碳加氫合成乙烯的反應如下:2CO2(g )+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。

已知:①C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2 ΔH1=a kJ/mol；

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(1)ΔH2=bkJ/mol；

③H2O(1)=H2O(g) ΔH3=c kJ/mol；

請回答:

(1)ΔH=____kJ/mol。(用a、b、c 表示)

(2)在催化劑[Fe3(CO)12/ZSM-5]、空速1200 h-1 條件下，溫度、壓強、氫碳比[n(H2)/n(CO2)=x]對CO2平衡轉化率及溫度對催化效率影響如圖1所示。

①下列有關說法正確的是________(填字母)。

A.ΔH>0

B.增大氫碳比，可以提高CO2的平衡轉化率

C.溫度低于300℃時，隨溫度升高乙烯的產率增大

D.平衡常數:K(M)>K(N)

E.為提高CO2的平衡轉化率，工業生產中應在盡可能低的溫度下合成乙烯

②M點時，CO2的平衡轉化率為2/3，則此時平衡體系中乙烯的體積分數為_________。

③工業生產中壓強一般控制在2.1~2.6 MPa之間，理由是____________________________。

(3)恒溫(300℃)，在體積為1L的恒容容器中以n(H2)/n(CO2)=3的投料比加入反應物，至t1時達到平衡。t2時將容器體積瞬間擴大至2 L并保持不變，t3時重新達平衡。在圖2中繪制0~t4時間段內，容器內混合氣體的平均相對分子質量(M)隨時間(t)變化的圖像。_______

Answer 1

【答案】 3b+4c-a B D 1/9或11.1% 壓強小于2.1MPa，CO2的平衡轉化率較小;壓強大于2.6MPa，CO2的平衡轉化率提高幅度較小，運行成本增加 [起點12.5，t2低于20(實際為16.7)，t3高于12.5]

【解析】(1) 已知:①C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2 ΔH1=akJ/mol；②2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) ΔH2=bkJ/mol；③H2O(1)=H2O(g) ΔH3=ckJ/mol；根據蓋斯定律，將②×3+③×4-①得：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=(3b+4c-a )kJ/mol，故答案為：3b+4c-a；

(2)①A.根據圖像，CO2平衡轉化率隨溫度升高而降低，說明升高溫度，平衡逆向移動，正反應為放熱反應，ΔH＜0，故A錯誤；B.根據方程式2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)，增大氫碳比()，可以提高CO2的平衡轉化率，故B正確；C.根據A的分析，ΔH＜0，溫度升高，平衡逆向移動，乙烯的產率降低，故C錯誤；D.升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小，則平衡常數:K(M)>K(N)，故D正確；E.根據圖像，為提高CO2的平衡轉化率，工業生產中應在300℃溫度下合成乙烯，溫度太低，催化劑的活性較低，反應速率太慢，故E錯誤；故選BD；

②設參與反應的二氧化碳的物質的量為3n，則氫氣為9n，根據反應2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)可知，CO2的平衡轉化率為2/3，平衡時n(CO2)=n mol，n(H2)=3nmol，n(C2H4)=nmol，n (H2O)=4nmol，平衡體系中乙烯的體積分數=物質的量分數==，故答案為： ；

③根據圖像，工業生產中壓強一般控制在2.1~2.6MPa之間，是因為壓強小于2.1MPa，CO2的平衡轉化率較小；壓強大于2.6MPa，CO2的平衡轉化率提高幅度較小，運行成本增加，故答案為：壓強小于2.1MPa，CO2的平衡轉化率較小;壓強大于2.6MPa，CO2的平衡轉化率提高幅度較小，運行成本增加；

(3) 設參與反應的二氧化碳的物質的量為3mol，則氫氣為9mol，起始時混合氣體的平均相對分子質量(M)= =12.5；300℃時，CO2的平衡轉化率為2/3，根據反應2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)可知，平衡時n(CO2)=1mol，n(H2)=3mol，n(C2H4)=1mol，n (H2O)=4mol，混合氣體的平均相對分子質量(M)= =16.67；t2時將容器體積瞬間擴大至2L并保持不變，平衡逆向移動，氣體的物質的量增大，但小于12mol，新平衡時混合氣體的平均相對分子質量(M)減小，但大于12.5，容器內混合氣體的平均相對分子質量(M)隨時間(t)變化的圖像為 [起點12.5，t2低于20(實際為16.7)，t3高于12.5]，故答案為： [起點12.5，t2低于20(實際為16.7)，t3高于12.5]。