Question

【題目】“碳化學”是綠色化學的重要組成部分。

(1)由CO2制備甲醇的過程發生的主要反應如下：

反應I: CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g) △H 1<0；

向2 L恒容密閉容器中充入3molH2和1.5molCO2，在一定條件下該反應l0min時達到平衡狀態，二氧化碳的轉化率a(CO2)=60%，則v(H2) =_________________________。(填字母)。

若要同時提高反應速率和甲醇的產量，以下措施一定可行的是

a.升高溫度 b.縮小容器體積 c.分離出甲醇 d.增加CO2的濃度

(2)已知: CO2(g)+ 2H2(g)C(s)+ 2H2O(g) △H =-90.0kJ/mol ；H2O(1)=H2O(g) △H =+44.0kJ/mol； C(s)的燃燒熱為394.0kJ/mol。則H2的燃燒熱為_________kJ/mol。

(3)在某條件下，將4molH2和1molCO2，置于2L密閉容器中發生反應:

反應II :CO2(g)+4H(g) CH4(g)+2H2O(g) △H2

反應Ⅲ: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H3

CO2轉化率、CH4和CO 選擇性隨溫度變化情況分別如圖所示(選擇性: 轉化的CO2中生成CH4或CO 的百分比)。

①反應II的△H2________(填“>”、“<“或“=")0，理由是_________________________。

②350℃時，反應II 的平衡常數K=_______。為減少CO 在產物中的比率，可采取______的措施有______(例舉一例回答)。

Answer 1

【答案】 0.135mol·L-1·min-1 b d 286.0或ΔH =－286.0 ＜ 平衡后升高溫度，CO2的轉化率降低，可知該平衡向逆反應方向移動，故該反應為放熱反應 100 增大壓強

【解析】(1) CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)

起始(mol) 1.5 3 0 0

反應(mol)1.5×60% 3×1.5×60% 1.5×60% 1.5×60%

平衡(mol) 0.6 0.3 0.9 0.9

v(H2)==0.135mol·L-1·min-1；a.升高溫度，平衡逆向移動，甲醇的產量減少，錯誤；b.縮小容器體積，壓強增大，反應速率增大，平衡正向移動，甲醇的產量增大，正確；c.分離出甲醇，甲醇的濃度減小，反應速率減慢，錯誤；d.增加CO2的濃度，反應速率增大，平衡正向移動，甲醇的產量增大，正確；故選bd，故答案為：0.135mol·L-1·min-1；b d；

(2)①CO2(g)+2H2(g)C(s)+2H2O(g)△H=-90.0kJ/mol，②H2O(1)═H2O(g)△H=+44.0kJ/mol，C(s)的燃燒熱△H=-394.0kJmol-1，故熱化學方程式為③C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-394.0kJ/mol， ×①+×③-②得，H2(g)+ O2(g)=H2O(l)△H=-286kJ/mol，故答案為：286或△H=-286；

(3)①反應II達到平衡狀態后，隨溫度升高二氧化碳平衡轉化率減小，說明正反應為放熱反應，故＜0；原因是反應Ⅰ達到平衡狀態后，隨溫度升高二氧化碳平衡轉化率減小，說明正反應為放熱反應，故答案為：＜；反應II達到平衡狀態后，隨溫度升高二氧化碳平衡轉化率減小，說明正反應為放熱反應；

② CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

開始(mol) 1 40 0

變化(mol)0.83.2 0.81.6

平衡(mol)0.20.8 0.8 1.6，

則c(CO2)= =0.1mol/L，c(H2)= =0.4mol/L，c(CH4)= =0.4mol/L，c(H2O)= =0.8mol/L，則K===100，由圖像知，為減少CO在產物中的比率，可采取的措施有增加壓強或降低溫度，故答案為：100；增加壓強。