Question

【題目】2019年國際非政府組織“全球碳計劃”12月4日發布報告：研究顯示，全球二氧化碳排放量增速趨于緩。CO2的綜合利用是解決溫室問題的有效途徑。

（1）一種途徑是將CO2轉化為成為有機物實現碳循環。如：

C2H4 (g) + H2O (l) = C2H5OH (l) ΔH＝-44.2 kJ·mol－1

2CO2(g) + 2H2O (l) =C2H4 (g) +3O2(g) ΔH＝+1411.0 kJ·mol－1

2CO2(g) + 3H2O (l) = C2H5OH (l) + 3O2(g) ΔH＝___________

（2）CO2甲烷化反應是由法國化學家Paul Sabatier 提出的，因此，該反應又叫Sabatier反應。CO2催化氫化制甲烷的研究過程：

①上述過程中，產生H2反應的化學方程式為：___________________________________。

②HCOOH是CO2轉化為CH4的中間體：CO2 HCOOH CH4。當鎳粉用量增加10倍后，甲酸的產量迅速減少，當增加鎳粉的用量時，CO2鎳催化氫化制甲烷的兩步反應中反應速率增加較大的一步是_______________（填I或II）

（3）CO2經催化加氫可以生成低碳烴，主要有兩個競爭反應：

反應I：CO2(g) + 4H2 (g)CH4 (g) +2H2O(g)

反應II：2CO2(g) + 6H2 (g)C2H4 (g) +4H2O(g)

在1L密閉容器中沖入1molCO2和4molH2,測得平衡時有關物質的物質的量隨溫度變化如圖所示。T1℃時，CO2的轉化率為_________。T1℃時，反應I的平衡常數K=_______。

（4）已知CO2催化加氫合成乙醇的反應原理為2CO2(g) + 6H2 (g)C2H5OH (g) +4H2O(g) ΔH，m代表起始時的投料比，即m=.

①圖1中投料比相同，溫度T3>T2>T1,則ΔH_____（填“>”或“<”）0.

②m=3時，該反應達到平衡狀態后p(總）=20ɑ MPa ,恒壓條件下各物質的物質的量分數與溫度的關系如圖2.則曲線b代表的物質為_______（填化學式）

Answer 1

【答案】+1366.8kJ·mol－1 3Fe+4H2O(g)4H2+Fe3O4 Ⅱ < CO2

【解析】

（1）①C2H4 (g) + H2O (l) = C2H5OH (l) ΔH＝-44.2kJ·mol－1

②2CO2(g) + 2H2O (l) =C2H4 (g) +3O2(g) ΔH＝+1411.0kJ·mol－1，根據蓋斯定律，①+②得：2CO2(g) + 3H2O (l) = C2H5OH (l) + 3O2(g)，求焓變；

（2）①根據流程圖可知反應物為：Fe、H2O，生成物為：H2、Fe3O4；

②當鎳粉用量增加10倍后，甲酸的產量在迅速減少，說明甲酸的消耗速率大于其生成速率，因此說明反應Ⅱ的速率要比反應Ⅰ的速率增加得快；。

（3）1L容器，T1℃時，根據三段是：

求出CO2的轉化率、反應I的平衡常數K；

（4）①根據圖示，溫度越高，H2轉化率越低，說明正反應為放熱反應；

②溫度升高，反應逆向進行，所以產物的物質的量是逐漸減少的，反應物的物質的量增大，由圖可知，曲線a代表的物質為H2，b表示CO2，c為H2O，d為C2H5OH。

（1）①C2H4 (g) + H2O (l) = C2H5OH (l) ΔH＝-44.2kJ·mol－1

②2CO2(g) + 2H2O (l) =C2H4 (g) +3O2(g) ΔH＝+1411.0kJ·mol－1，根據蓋斯定律，①+②得：2CO2(g) + 3H2O (l) = C2H5OH (l) + 3O2(g) ΔH＝+1366.8 kJ·mol－1，故答案為：+1366.8kJ·mol－1；

（2）①根據流程圖可知反應物為：Fe、H2O，生成物為：H2、Fe3O4，則化學方程式為：3Fe+4H2O(g)4H2+Fe3O4，故答案為：3Fe+4H2O(g)4H2+Fe3O4；

②當鎳粉用量增加10倍后，甲酸的產量在迅速減少，說明甲酸的消耗速率大于其生成速率，因此說明反應Ⅱ的速率要比反應Ⅰ的速率增加得快，故答案為：Ⅱ；

（3）1L容器，T1℃時，根據三段是：

CO2的轉化率為；平衡時，c(CO2)=0.4mol/L，c(H2)=2mol/L ，c(CH4)=0.2mol/L ，c(H2O)=1.2mol/L ，則

T1℃時，反應I的平衡常數，故答案為：；；

（4）①根據圖示，溫度越高，H2轉化率越低，說明正反應為放熱反應，△H＜0，故答案為：＜；

②溫度升高，反應逆向進行，所以產物的物質的量是逐漸減少的，反應物的物質的量增大，由圖可知，曲線a代表的物質為H2，b表示CO2，c為H2O，d為C2H5OH，故答案為：CO2。