Question

12．研究證明，CO₂可作為合成低碳烯烴的原料加以利用，目前利用CO₂合成乙烯相關的熱化學方程式如下：

反應Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）	△H1=-49.01kJ•mol-1
反應Ⅱ：2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）	△H2=-24.52kJ•mol-1
反應Ⅲ：CH3OCH3（g）?C2H4（g）+H2O（g）	△H3=-5.46kJ•mol-1
反應Ⅳ：2CO2（g）+6H2（g）?C2H4（g）+4H2O（g）	△H4

反應開始時在0．l MPa下，以n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比充入體積固定的密閉容器中，發(fā)生反應Ⅳ，不同溫度下平衡時的四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量百分數(shù)如圖1所示，請回答下列問題：

（1）△H₄=-128 kJ/mol．
（2）可判斷該反應體系已平衡的是CE．
A．v （CO₂）=2v （C₂H₄）
B．混合氣體的密度不再改變
C．混合氣體的壓強不再改變
D．平衡常數(shù)K不再改變
E．C₂H₄的體積分數(shù)不變
（3）曲線a表示的物質(zhì)為H₂（寫化學式），判斷依據(jù)是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，反應開始時在0.1MPa下，n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比可知a為H2的變化曲線，c為CO₂的變化曲線，結(jié)合計量數(shù)關系可知b為水，d為C₂H₄的變化曲線．
（4）為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是ABD．
A．降低溫度          
B．分離出H₂O
C．增加原催化劑的表面積
D．增大壓強
E．投料比改為n（H₂）：n（CO₂）=2：1
（5）在圖2中，畫出393K時體系中C₂H₄的體積分數(shù)隨反應時間（從常溫進料開始計時）的變化趨勢曲線，并標明平衡時C₂H₄的體積分數(shù)數(shù)值．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式，Ⅰ×2+Ⅱ+Ⅲ得到熱化學方程式和對應焓變；
（2）反應是氣體體積減小的放熱反應，達到平衡狀態(tài)的標志是正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，分析選項中“變量不變”說明反應達到平衡狀態(tài)；
（3）正反應放熱反應，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，反應開始時在0.1MPa下，n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比可知a為H2的變化曲線，c為CO₂的變化曲線，結(jié)合計量數(shù)關系可知b為水，d為C₂H₄的變化曲線；
（4）反應是放熱反應，降低溫度，平衡正向進行，反應前后氣體體積減小，可采取的措施是增大壓強平衡正向進行，分離出生成物，平衡正向進行等措施，改變條件使平衡狀態(tài)正向進行；
（5）393K時體系中C₂H₄的體積分數(shù)隨反應時間的變化趨勢是，常溫進料開始計時，反應不能進行，隨溫度升高，反應開始進行到393達到平衡狀態(tài)，隨溫度升高，平衡逆向進行乙烯含量減小，據(jù)此畫出圖象變化．

解答 解：（1）反應Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.01 kJ•mol^-1
反應Ⅱ：2 CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24.52 kJ•mol^-1
反應Ⅲ：CH₃OCH₃（g）?C₂H₄（g）+H₂O（g）△H₃=-5.46 kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算Ⅰ×2+Ⅱ+Ⅲ得到：2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H₄=-128KJ/mol，
故答案為：-128；
（2）2CO₂（g）+6H₂（g）?C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H₄=-128KJ/mol，可以判斷該反應已經(jīng)達到平衡的是
A．v（CO₂）=2v（C₂H₄）表示的是正反應速率之比，不能說明正逆反應速率相同，故A錯誤；    
B．反應前后氣體質(zhì)量和體積不變，混合氣體的密度始終不改變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．反應前后氣體物質(zhì)的量變化，當混合氣體的壓強不再改變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．平衡常數(shù)隨溫度變化，平衡常數(shù)K不再改變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
E．C₂H₄的體積分數(shù)不再改變是平衡的標志，故E正確；
故答案為：CE；
（3）正反應放熱反應，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，反應開始時在0.1MPa下，n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比可知a為H2的變化曲線，c為CO₂的變化曲線，結(jié)合計量數(shù)關系可知b為水，d為C₂H₄的變化曲線，
故答案為：H₂；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，反應開始時在0.1MPa下，n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比可知a為H₂的變化曲線，c為CO₂的變化曲線，結(jié)合計量數(shù)關系可知b為水，d為C₂H₄的變化曲線；
（4）為提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，反應是放熱反應，降低溫度，平衡正向進行，反應前后氣體體積減小，可采取的措施是增大壓強或提高$\frac{n（H{\;}_{2}）}{n（CO{\;}_{2}）}$比值，分離出生成物，平衡正向進行，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，催化劑改變化學反應速率不改變化學平衡；
故答案為：ABD；
（5）常溫進料開始計時，反應不能進行，隨溫度升高，反應開始進行到393達到平衡狀態(tài)，隨溫度升高，平衡逆向進行乙烯含量減小，據(jù)此畫出圖象變化，393K時體系中C₂H₄的體積分數(shù)隨反應時間的變化趨勢是增大后不變，圖象為：，
故答案為：

點評 本題考查了熱化學方程式書寫方法，化學平衡影響因素，平衡標志分析，平衡常數(shù)，反應速率概念計算應用，圖象的分析判斷是解題關鍵，題目難度較大．