Question

【題目】二氧化碳的捕集、利用與封存（CCUS）是我國能源領域的一個重要戰略方向，CCUS或許發展成一項重要的新興產業．
（1）已知：CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H1=a kJmol﹣1CO（g）+H2O （g）═CO2（g）+H2 （g）△H2=b kJmol﹣1
2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H3=c kJmol﹣1
反應CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g） 的△H=kJmol﹣1 ．
（2）利用廢氣中的CO2為原料制取甲醇，反應方程式為：CO2+3H2═CH3OH+H2O其他條件相同，該甲醇合成反應在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反應相同時間后，CO2的轉化率隨反應溫度的變化如圖1所示． ①a點所代表的狀態（填“是”或“不是”）平衡狀態．
②c點CO2的轉化率高于b點，原因是 ．
（3）在實際生產中發現，隨著甲醇的生成，還伴隨有少量CO副產物出現：CO2+H2CO+H2O△H＞0，且CO2的轉化率、甲醇的產率和CO含量除受濃度、度、壓強等因素影響外，還受催化劑CuO的質量分數、氣體混合物在反應鍋爐內的流動速率影響（用空間流率表示）．通過實驗分別得到如下數據圖2、①由圖2得，最佳空間流率為h﹣1； ②在其他條件不變的前提下調整催化劑配比，并記錄到達平衡所需的時間，得到如下表數據，

催化劑組分質量分數（%）	CuO	0	25	50	75	100
	ZnO	100	75	50	25	0
到達平衡所需時間（h）		2.5	7.4	8.1	12	無催化活性

試說明不選擇單組份ZnO原因是 ．
（4）用二氧化碳催化加氫來合成低碳烯烴，起始時以0.1MPa，n（H2）：n（CO2）=3：1的投料比充入反應器中，發生反應：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）△H，不同溫度下平衡時的四種氣態物質的物質的量如圖4所示： ①該進行的反應的△S0（填：“＞”或“＜”）
②對于氣體反應，用某組分（B）的平衡壓強（pB）代替物質的量濃度（cB）也可以表示平衡常數（記作KP），則該反應的KP= ．
③為提高CO2的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是（列舉2項）．

Answer 1

【答案】
（1）（a+2b﹣2c）
（2）不是；b、c點均未達到平衡狀態，c點溫度高，反應速率較快，故CO2的轉化率較大
（3）3600；使用單組分ZnO時反應速率雖然快，但是由圖3可知，二氧化碳轉化率、甲醇的產率都過低，實際生產中沒有意義，故不采用
（4）＜；；增大壓強；提高氫氣和二氧化碳物質的量的比值
【解析】解：（1）已知：①CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H1=a kJmol﹣1②CO（g）+H2O （g）═CO2（g）+H2 （g）△H2=b kJmol﹣1
③2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H3=c kJmol﹣1 ，
根據蓋斯定律，①+②×2﹣2×③可得：CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g），則△H=（a+2b﹣2c）kJmol﹣1 ，
所以答案是：（a+2b﹣2c）；（2）①催化劑只能改變反應速率，不能改變化學平衡，所以不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達平衡時CO2的轉化率相同，故a點所代表的狀態不是平衡狀態，
所以答案是：不是；
②b、c點均未達到平衡狀態，c點溫度高，反應速率較快，故CO2的轉化率較大；
所以答案是：b、c點均未達到平衡狀態，c點溫度高，反應速率較快，故CO2的轉化率較大；（3）①由圖可知，在3600h﹣時，二氧化碳轉化率最大，甲醇產量最大，流動速率高會消耗能量，故最佳流動速率為3600h﹣ ，
所以答案是：3600；
②使用單組份ZnO時反應速率雖然最快，但是由圖3可知，CO2轉化率、CH3OH產率均過低實際生產中沒有意義，故不采用，
所以答案是：使用單組分ZnO時反應速率雖然快，但是由圖3可知，二氧化碳轉化率、甲醇的產率都過低，實際生產中沒有意義，故不采用；
③由圖可知，在t0時改變一個條件，使曲線Ⅰ變成曲線Ⅱ，反應速率加快，不影響平衡移動，不可能是升高溫度，且改變條件濃度也不變，不可能是增大壓強，可能是加入催化劑，
所以答案是：加入催化劑；（4）①反應是氣體物質的量減小的反應，混亂度減小，則△S＜0，所以答案是：＜；
②該反應的Kp等于各產物平衡分壓系數次方的乘積和各個反應物平衡分壓系數次方乘積的比值，即KP= ，
所以答案是： ；
③提高CO2的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強或提高氫氣和二氧化碳物質的量的比值，
所以答案是：增大壓強；提高氫氣和二氧化碳物質的量的比值．
【考點精析】解答此題的關鍵在于理解化學平衡狀態本質及特征的相關知識，掌握化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效），以及對化學平衡的計算的理解，了解反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%．