Question

【題目】“低碳循環(huán)”引起各國的高度重視，而如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用CO2，引起了全世界的普遍重視。所以“低碳經(jīng)濟(jì)”正成為科學(xué)家研究的主要課題。

(1)已知：① CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH＝－41 kJ·mol－1

② C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH＝－73 kJ·mol－1

③ 2CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH＝－171 kJ·mol－1

寫出CO2與H2反應(yīng)生成CH4和H2O(g)的熱化學(xué)方程式 。

(2)將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為：

2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

已知一定條件下，該反應(yīng)中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、投料比[n(H2)/n(CO2)]的變化曲線如下左圖：

①在其他條件不變時(shí)，請?jiān)谏蠄D中畫出平衡時(shí)CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)隨投料比[n(H2)/n(CO2)]變化的曲線圖。

②某溫度下，將2.0 mol CO2(g)和6.0 mol H2(g)充入容積為2L的密閉容器中，反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，改變壓強(qiáng)和溫度，平衡體系中CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變化情況如下圖所示，關(guān)于溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系判斷正確的是 。

A. P3>P2，T3>T2 B. P1>P3，T1>T3

C. P2>P4，T4>T2 D. P1>P4，T2>T3

(3)煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實(shí)際問題。已知等體積的CO和水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)，該反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表所示：

溫度/℃	400	500	800
平衡常數(shù)K	9.94	9	1

該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式為：

該反應(yīng)的正反應(yīng)方向是 反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)，若在500℃時(shí)進(jìn)行，設(shè)起始時(shí)CO和H2O的濃度均為0.020 mol·L-1，在該條件下CO的平衡轉(zhuǎn)化率為 。

Answer 1

【答案】

(1)CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH＝－162 kJ·mol－1

(2)①；② B D

(3)K=；放熱；75%

【解析】

試題分析：(1)已知：①CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)△H=-41kJmol-1，

②C(s)+2H2(g)CH4(g)△H=-73kJmol-1，

③2CO(g)C(s)+CO2(g)△H=-171kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律，③-①×2+②得：

CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H=-162 kJmol-1，

故答案為：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H=-162 kJmol-1；

(2)①CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)隨投料比[n(H2)/n(CO2)]的增大而增大，當(dāng)體積比是3的時(shí)候，甲醚的體積分?jǐn)?shù)最大，由極限法可知，投料比無限增大，雖然二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，但混合氣體總體積無限大，而二甲醚的體積無限接近二氧化碳的一半，二甲醚的體積分?jǐn)?shù)減小，故二甲醚的體積分?jǐn)?shù)與投料比的關(guān)系為：，故答案為：；

②由圖3可知，溫度一定時(shí)，平衡時(shí)二甲醚的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)：P1＞P2＞P3＞P4，而該反應(yīng)正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，二甲醚的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，故壓強(qiáng)：P1＞P2＞P3＞P4；由圖1可知，投料比[n(H2)/n(CO2)]一定時(shí)，溫度越高，平衡時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越高，說明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，二甲醚的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，而壓強(qiáng)一定時(shí)，平衡時(shí)二甲醚的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)：T1＜T2＜T3＜T4，故溫度：T1＞T2＞T3＞T4，故選：BD；

(3)反應(yīng)：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=；由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向，逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；設(shè)CO的濃度變化量為xmol/L，則：

CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)

開始(mol/L)：0.02 0.02 0 0

轉(zhuǎn)化(mol/L)： x x x x

平衡(mol/L)：0.02-x 0.02-x x x

則=9，解得x=0.015，故CO的轉(zhuǎn)化率為×100%=75%，故答案為：；放熱；75%。