Question

【題目】科學(xué)家研究出一種以天然氣為燃料的“燃燒前捕獲系統(tǒng)”，其簡單流程如圖所示(條件及物質(zhì)未標(biāo)出)。

(1)已知：CH4、CO、H2的燃燒熱分別為890.3 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1、285.8 kJ·mol－1，則上述流程中第一步反應(yīng)2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)的ΔH＝____________。

(2)\在300 ℃、8 MPa下，將CO2和H2按物質(zhì)的量之比1∶3 通入一密閉容器中發(fā)生反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，，達(dá)到平衡時(shí)，測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則該反應(yīng)條件下的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝________

(3)CO2經(jīng)催化加氫可合成低碳烯烴：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH。在0.1 MPa時(shí)，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，如圖所示為不同溫度(T)下，平衡時(shí)四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量(n)關(guān)系。

①該反應(yīng)的ΔH________0(填“＞”或“＜”)。

②曲線c表示的物質(zhì)為________。

③為提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可采取的措施是_________________。

Answer 1

【答案】－71.4 kJ·mol－1 ＜ C2H4 加壓(或不斷分離出水蒸氣)

【解析】

（1）根據(jù)CH4、H2、和CO的燃燒熱分別寫出燃燒的熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律書寫該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

（2）依據(jù)平衡常數(shù)概念寫出，用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度的冪次方乘積得到平衡常數(shù)表達(dá)式；

（3）由曲線氫氣的變化，確定反應(yīng)放熱還是吸熱；隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，因氫氣為反應(yīng)物，則另一條逐漸增多的曲線為CO2，由計(jì)量數(shù)關(guān)系確定b、c；根據(jù)壓強(qiáng)或濃度對平衡的影響判斷。

(1)已知：①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l） △H=－890.3 kJ·mol－1；②CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H=－283.0 kJ·mol－1 ；③H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=－285.8 kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律2×①-②×2-③×4得2CH4(g)＋O2(g)＝2CO(g)＋4H2(g) ΔH＝－71.4 kJ·mol－1；

(2)依據(jù)平衡常數(shù)概念寫出，用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度的冪次方乘積得到平衡常數(shù)表達(dá)式；則該反應(yīng)條件下的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝；

（3）由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應(yīng)放熱，故△H＜O；隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，因氫氣為反應(yīng)物，則另一條逐漸增多的曲線為CO2，由計(jì)量數(shù)關(guān)系可知b為水，c為C2H4的變化曲線；正反應(yīng)是體積減小的放熱反應(yīng)，則提高氫氣的轉(zhuǎn)化率可以采用加壓(或不斷分離出水蒸氣)的方法。