Question

【題目】CCUS是一種二氧化碳的捕獲、利用與封存的技術(shù)，這種技術(shù)可將CO2資源化，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。請回答下列問題：

(1)利用廢氣中的CO2為原料可制取甲醇。一定條件下，在恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。

①已知：H2(g)、CH3OH(1)的燃燒熱(△H)分別為－285.8kJ·mol－1和－726.5kJ·mol－1；

CH3OH (1)===CH3OH (g) △H=+35.2kJ·mol－1；

H2O(1)===H2O(g) △H=+44kJ·mol－1。

則CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=___________kJ·mol－1。有利于提高H2平衡轉(zhuǎn)化率的條件是___________(填選項字母)。

A.高溫低壓 B.低溫高壓 C.高溫高壓 D.低溫低壓

②某溫度下，向體積為2L的容器中充入6molH2、4 mol CO2，發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，達(dá)到平衡時H2的轉(zhuǎn)化率為50%，其平衡常數(shù)為___________(保留兩位有效數(shù)字)。

③起始條件(T1℃、2L密閉容器)如表所示：

	CO2/mol	H2/mol	CH3OH/mol	H2O/mol
I(恒溫恒容)	2	6	0	0
II(絕熱恒容)	0	0	2	2

達(dá)到平衡時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)：K(I)___________K(Ⅱ)(填“>”“<”或“=”，下同)；平衡時CH3OH的濃度：c(I)___________c(Ⅱ)。

(2)CO2可用來合成低碳烯烴：2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=－127.8 kJ·mol－1。0.1MPa下，按n(CO2)︰n(H2)=1︰3的投料比充入體積固定的密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，不同溫度(T)下平衡時的四種氣態(tài)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)()如圖所示：

①曲線b、c表示的物質(zhì)分別為___________、___________(填化學(xué)式)。

②保持溫度不變，在體積為VL的恒容容器中以n(CO2)︰n(H2)=2︰3的投料比加入反應(yīng)物，t0時達(dá)到化學(xué)平衡。t1時將容器體積瞬間擴(kuò)大至2VL并保持不變，t2時重新達(dá)到平衡。請在圖中畫出容器內(nèi)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量M隨時間的變化圖象_________。

Answer 1

【答案】-51.7 B 0.05 < < H2O CO2

【解析】

（1）①H2燃燒的熱化學(xué)方程式為①H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol

CH3OH燃燒的熱化學(xué)方程式為：②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-726.5kJ/mol

③CH3OH(1)===CH3OH (g) △H=+35.2kJ·mol－1；

④H2O(1)===H2O(g) △H=+44kJ·mol－1。

將得①×3-②+③+④，得CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的△H=-51.7 kJ·mol－1。該反應(yīng)的特點是正向放熱，氣體分子總數(shù)減少，所以低溫、高壓均可以使平衡右移，對提高氫氣的轉(zhuǎn)化率有利，所以選擇B項。

②先以物質(zhì)的量數(shù)據(jù)代入列出“三段式”：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，

初始 4 6 0 0

變化 1 3 1 1

平衡 3 3 1 1

容器的體積為2L，所以平衡時CO2、H2、CH3OH、H2O的物質(zhì)的量濃度（mol/L）分別為：1.5、1.5、0.5、0.5，據(jù)平衡常數(shù)的本義式有：===0.05。

③從題給表格中數(shù)據(jù)來看，如若二者溫度相同，則兩個容器為完全等同的兩個平衡——一個從反應(yīng)物投料，一個從產(chǎn)物投料而已�，F(xiàn)一個為恒溫，一個為絕熱，又由于該反應(yīng)是正向放熱的反應(yīng)，容器II從產(chǎn)物開始投料，反應(yīng)過程中吸熱，導(dǎo)致溫度比容器I的要降低。而溫度越低，平衡常數(shù)越大，所以KI<KII。容器II的反應(yīng)相當(dāng)于在容器I的基礎(chǔ)上右移，所以平衡時CH3OH的濃度：c(I)<c(Ⅱ)；2）①反應(yīng)2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=－127.8 kJ·mol－1，正向是一個放熱反應(yīng)，升溫，平衡應(yīng)左移，所以所給圖示中，含量減少的b、d是生成物，增加的a、c是反應(yīng)物，因按n(CO2)︰n(H2)=1︰3的投料而且體積固定，所以a為H2、b為水、c為CO2，d為乙烯，所以答案為H2O、CO2；②反應(yīng)前混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為：=18.8，所以起點坐標(biāo)為（0，18.8），隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體的物質(zhì)的量減小，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，至t0時達(dá)到化學(xué)平衡，如全部轉(zhuǎn)化為乙烯和水，平均相對分子質(zhì)量為。t1瞬間擴(kuò)大至2VL并保持不變，t2時重新達(dá)到平衡，平均相對分子質(zhì)量減小，t2時達(dá)平衡時相對分子質(zhì)量應(yīng)大于18.8。所以圖象為：