Question

【題目】黨的十九大報告中多次提及“綠色環保”“生態文明”，而CO2的有效利用可以緩解溫室效應，解決能源短缺問題。中科院大連化學物理研究所的科研人員在新型納米催化劑Na—Fe3O4和HMCM—22的表面將CO2轉化為烷烴，其過程如圖。

上圖中CO2轉化為CO的反應為：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H =+41kJ/mol

已知：2CO2(g)+6H2(g)= C2H4(g)+ 4H2O(g) △H =-128kJ/mol

(1)圖中CO轉化為C2H4的熱化學方程式是______________________。

(2)Fe3O4是水煤氣變換反應的常用催化劑，可經CO、H2還原Fe2O3制得。兩次實驗結果如表所示：

	實驗I	實驗II
通入氣體	CO、H2	CO、H2、H2O(g)
固體產物	Fe3O4、Fe	Fe3O4

結合化學方程式解釋H2O(g)的作用______________________。

(3)用稀硫酸作電解質溶液，電解CO2可制取甲醇，裝置如圖所示，電極a接電源的____________極（填“正”或“負”），生成甲醇的電極反應式是______________________。

(4)用CO、H2生成甲醇的反應：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2，在10L恒容密閉容器中按物質的量之比1：2充入CO和H2，測得CO的平衡轉化率與溫度和壓強的關系如圖所示，200℃時n(H2)隨時間的變化如表所示：

t/min	0	1	3	5
n(H2)/mol	8.0	5.4	4.0	4.0

①△H2______________（填“＞”“＜”“=”）0。

②寫出兩條可同時提高反應速率和CO轉化率的措施______________________________________。

③下列說法正確的是___________（填字母）。

a．溫度越高，該反應的平衡常數越大

b．達平衡后再充人稀有氣體，CO的轉化率提高

c．容器內氣體壓強不再變化時，反應達到最大限度

d．圖中壓強p1＜p2

④0~3min內用CH3OH表示的反應速率v(CH3OH)=____________mol·L-1·min-1

⑤200℃時，該反應的平衡常數K=_____________。向上述200℃達到平衡的恒容密閉容器中再加入2molCO、2molH2、2molCH3OH，保持溫度不變則化學平衡__________（填“正向”“逆向”或“不”）移動。

Answer 1

【答案】 ，水蒸氣能將生成的鐵轉化為四氧化鐵 負 ＜ 增大H2濃度、增大壓強 cd (或0.067) 6.25 正向

【解析】

(1)結合已知熱化學方程式，根據蓋斯定律進行解答；

(3)根據電解池陰陽極的反應類型，結合碳元素化合價的變化分析；

(4)①根據溫度對平衡移動的影響分析；

②根據影響反應速率和平衡移動的因素選擇合適的方法；

③根據溫度、壓強對平衡的影響分析；

④0～3min內，根據△n(H2)，計算△n(CH3OH)，根據速率公式進行計算；

⑤計算平衡時刻各氣體物質的濃度，進而計算平衡常數，再根據濃度商與平衡常數的關系判斷反應進行的方向。

(1)已知：①CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H=+41kJ/mol；②2CO2(g)+6H2(g)= C2H4(g)+ 4H2O(g) △H =-128kJ/mol；根據蓋斯定律可知，②-①×2可得CO轉化為C2H4的熱化學方程式，故答案為：；

(2)由于發生反應，水蒸氣能將生成的鐵轉化為四氧化鐵，故答案為：，水蒸氣能將生成的鐵轉化為四氧化鐵；

(3)用稀硫酸作電解質溶液，電解CO2可制取甲醇，碳元素的化合價從+4價降低為-2價，得電子，發生還原反應，所以電極a為陰極，陰極與電源負極相連；結合硫酸做電解質溶液，即可寫出生成甲醇的電極反應式為，故答案為：負；；

(4)①由圖可知，溫度越高，CO的平衡轉化率越低，說明升高溫度，平衡逆向移動，則該反應的正反應為放熱反應，△H2＜0，故答案為：＜；

②既能提高反應速率又能使平衡右移的方法有增大H2濃度、增大壓強等，故答案為：增大H2濃度、增大壓強；

③a. 該反應的正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，則溫度越高，平衡常數越小，故a錯誤；
b. 恒容時，充入稀有氣體，平衡不移動，反應物的轉化率不變，故b錯誤；
c. 該反應為反應前后氣體物質的量變化的反應，則容器內氣體壓強不再變化時，反應達到平衡狀態，即最大限度，故c正確；
d. 相同溫度時，p2時CO的轉化率大于p1時CO的轉化率，說明p1到p2平衡正向移動，而該反應的正反應為氣體分子數減小的反應，加壓平衡正向移動，故p1＜p2，故d正確；故答案為：cd；

④0～3min內，△n(H2)=8.0mol-4.0mol=4.0mol，則△n(CH3OH)=2.0mol，,故答案為：(或0.067)；

⑤在10L恒容密閉容器中按物質的量之比1：2充入CO和H2，起始氫氣的濃度為0.8mol/L，則CO濃度為0.4mol/L，平衡時氫氣濃度為0.4mol/L，則平衡時，CO、H2、CH3OH的濃度分別為0.2mol/L、0.4mol/L、0.2mol/L，故；再加入2molCO、2molH2、2molCH3OH，此時，CO、H2、CH3H的濃度分別為0.4mol/L、0.6mol/L、0.4mol/L，，故反應正向進行，故答案為：6.25；正向。