Question

【題目】CO2是一種溫室氣體，對人類的生存環(huán)境產生巨大的影響，維持大氣中CO2的平衡對生態(tài)環(huán)境保護有著重要意義。

（1）CO2加氫合成低碳烯烴技術能有效利用CO2，以合成C2H4為例。該轉化分為兩步進行：

第一步：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41.3kJ/mol

第二步：2CO(g)+4H2(g)C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2=-210.5kJ/mol

CO2加氫合成乙烯的熱化學方程式為__。

（2）利用CO2和H2合成甲醇又是一個有效利用CO2的途徑，反應如下：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3

①在容積為2L的恒容密閉容器中，通入2molCO2和3molH2發(fā)生上述反應，下列說法能夠表明該可逆反應達到平衡狀態(tài)的是__（填字母）

a.消耗1.5molH2時，有0.5molCH3OH生成

b.轉移3mol電子時，消耗11.2L（標準狀況下）CO2

c.體系中氣體的密度不變

d.水蒸氣的體積分數保持不變

e.單位時間內生成H2與生成H2O的物質的量之比為3：1

②研究溫度對該反應甲醇產率的影響。在210℃～290℃，保持原料氣中CO2和H2的投料比不變，按一定流速發(fā)生上述反應。得到甲醇平衡產率與溫度的關系如圖所示，ΔH3__0（填“＞”、“=”或“＜”）。判斷依據是__。

③在一固定容積的密閉容器中發(fā)生上述反應。若要提高平衡時CH3OH產率，則可以采取的措施是__（填字母）。

a.升溫 b.加入催化劑 c.增加CO2的濃度 d.加入H2加壓 e.加入惰性氣體 f.分離出甲醇

（3）在一定溫度和催化劑作用下，也可將CO2轉化為燃料CH4，反應方程式為CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)。當30℃時，一定量的CO2和H2混合氣體在容積為1L的恒容密閉容器中發(fā)生上述反應，5min后達到半衡，此時各物質的濃度如下表：

物質	CO2(g)	H2(g)	CH4(g)	H2O(g)
濃度/mol·L-1	0.2	0.8	a	1.6

則a=__，該反應平衡常數K=__。

（4）以TiO2/Cu2Al2O4為催化劑，利用CH4可以將CO2直接轉化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關系如圖所示，乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍是__。250～300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是__。

Answer 1

【答案】2CO2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=-127.9 kJ/mol de ＜ 溫度升高，甲醇的平衡產率降低說明正反應放熱 cdf 0.8 25 300～400℃ 溫度超過250℃，催化劑的催化效率明顯降低

【解析】

(1)根據蓋斯定律反應1×2+反應2可以得到CO2加氫合成乙烯的化學方程式，ΔH=ΔH1×2+ΔH2=+41.3kJ/mol×2-210.5kJ/mol=-127.9 kJ/mol，則熱化學方程式為2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=-127.9 kJ/mol。

(2)①a.消耗1.5molH2時，有0.5molCH3OH生成，兩者都為正反應速率，不能表明達到平衡狀態(tài)；

b.轉移3mol電子時，消耗11.2L（標準狀況下）CO2，不能說明正逆反應速率相等，則不能表明反應達到平衡狀態(tài)；

c.容器的體積不變，體系中氣體的質量不變，則氣體一直密度不變，不能表明反應達到平衡狀態(tài)；

d.水蒸氣的體積分數保持不變，說明各組分濃度不再改變，則表明反應達到平衡狀態(tài)；

e.單位時間內生成H2為逆反應方向，生成H2O為正反應方向，兩者生成的物質的量之比為3：1，則正逆反應速率相等，表明反應達到平衡狀態(tài)；

答案選de。

②由圖像可知，隨溫度升高甲醇的平衡產率降低，則正反應為放熱反應，ΔH3＜0。

③a.因為正反應為放熱反應，升溫平衡逆向移動，平衡時CH3OH產率降低；

b.催化劑不影響化學平衡，加入催化劑，平衡時CH3OH產率不變；

c.增加CO2的濃度，平衡正向移動，平衡時CH3OH產率增大；

d.加入H2加壓，增加反應物濃度，平衡正向移動，平衡時CH3OH產率增大；

e.加入惰性氣體，容器體積不變，反應物與生成物的濃度不變，平衡不移動，平衡時CH3OH產率不變；

f.分離出甲醇，減小生成物的濃度，平衡正向移動，平衡時CH3OH產率增大；

答案選cdf。

(3)CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)則，根據表格數據可知，反應生成H2O(g)的濃度為1.6 mol·L-1，則生成c(CH4)=c(H2O)=0.8 mol·L-1，則a=0.8，該反應平衡常數=。

（4）由圖像可知，溫度300～400℃時催化效率增強，但乙酸的生成速率降低，主要因為溫度影響了乙酸的生成速率；由圖像可知當溫度超過250℃，催化劑的催化效率明顯降低，則溫度升高而乙酸的生成速率降低。