Question

【題目】將無機碳轉化為有機化合物是目前研究的熱點，也是減少CO2和CO的有效措施之一，對環境的保護起到了積極作用。

I.二氧化碳催化加氫甲烷化工藝是利用氨還原CO2,反應為CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(l)H1。

(1)已知：H2(g)的燃燒熱H2=-285.8kJ·mol-1，CH4(g)的燃燒熱H=-890.3kJ·mol-1，則△H1=________kJ·mol-1。

(2)測得該反應的吉布斯自由能(G=H-TS)隨溫度的變化曲線如圖甲所示，為使CO2順利轉化為CH4，反應應在___下進行。

II.一氧化碳催化加氫制甲醇：CO(g)+2H2(g)CH2OH(g)。

(3)圖乙是反應中部分物質的濃度隨時間t的變化情況，0~10min內，用H2表示的平均反應速率v(H2)=_____，該反應平衡常數的表達式為_______________。

(4)在容積可變的密閉容器中充入10molCO和20molH2，CO的平衡轉化率隨溫度(T)、壓強(p)的變化如圖丙所示。

①p1______(填“>”“<”或“=”)p2。

②比較圖丙中A、C兩點，平衡常數KA__________(填“>”“<”或“=")KC。

③若達到化學平衡狀態點A時，容器的體積為20L，T1℃時平衡常數KA=______

Answer 1

【答案】-252.9 溫度低于870K 0.15mol·L-1·min-1 < > 4

【解析】

(1)H2(g)的燃燒熱H2=-285.8kJ·mol-1，則有H2(g)+O2(g)=H2O(l)H2=-285.8kJmol-1 反應a；

CH4(g)的燃燒熱H=-890.3kJ·mol-1，則有CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)H=-890.3KJmol-1 反應b；

根據蓋斯定律：a×4-b可得CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(l) H1=(-285.8kJmol-1)×4-(-890.3KJmol-1)=-252.9 kJmol-1；

(2)G<0時反應才有自發性，據圖可知溫度低于870K時G<0；

(3)據圖可知圖示兩種物質單位時間內濃度變化量相等，根據方程式可知應為CO和CH3OH的物質的量濃度變化曲線，10min內CO或CH3OH的濃度變化均為0.75mol/L，則c(H2)=1.5mol/L，所以v(H2)==0.15mol·L-1·min-1；根據平衡常數的定義可知該反應的平衡常數表達式為K=；

(4)①據圖可知相同溫度下p2壓強下CO的轉化率更大，該反應為氣體體積減小的反應，壓強越大轉化率越大，所以p1<p2；

②等壓條件下溫度越高CO的轉化率越小，說明溫度升高平衡逆向移動，正反應為放熱反應，溫度越高平衡常數越小，所以KA>KC；

③A點CO的轉化率為50%，初始投料為10molCO和20molH2，容器體積為20L，列三段式有：

平衡常數KA==4。