Question

【題目】CO2的回收與利用是科學(xué)家研究的熱點(diǎn)課題，可利用CH4與CO2制備“合成氣”（CO、H2），還可制備甲醇、二甲醚、低碳烯烴等燃料產(chǎn)品。

I．制合成氣

科學(xué)家提出制備“合成氣”反應(yīng)歷程分兩步：

反應(yīng)①：CH4（g）C（ads）+2H2 （g） （慢反應(yīng)）

反應(yīng)②：C（ads）+ CO2（g）2CO（g） （快反應(yīng)）

上述反應(yīng)中C（ads）為吸附性活性炭，反應(yīng)歷程的能量變化如圖：

（1）CH4與CO2制備“合成氣”的熱化學(xué)方程式為_________。能量變化圖中：E5+E1_________E4+E2（填“＞”、“＜”或“＝”）。

II．脫水制醚

利用“合成氣”合成甲醇后，甲醇脫水制得二甲醚的反應(yīng)為：

2CH3OH（g）CH3OCH3（g） + H2O（g） ΔH，其速率方程式為：v正= k正·c2（CH3OH），v逆=k逆·c（CH3OCH3）·c（H2O），k正、k逆為速率常數(shù)且只與溫度有關(guān)。經(jīng)查閱資料，上述反應(yīng)平衡狀態(tài)下存在計(jì)算式：lnKc = 2.205+（Kc為化學(xué)平衡常數(shù)；T 為熱力學(xué)溫度，單位為K）。

（2）反應(yīng)達(dá)到平衡后，僅升高溫度，k正增大的倍數(shù)_________ k逆增大的倍數(shù)（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）某溫度下（該反應(yīng)平衡常數(shù)Kc為200），在密閉容器中加入一定量 CH3OH，反應(yīng)到某時(shí)刻測得各組分的物質(zhì)的量如下：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
物質(zhì)的量/mol	0.4	0.4	0.4

此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大小：v正 ____v逆 （填“＞”、 “＜”或“＝”）。

（4）500K下，在密閉容器中加入一定量甲醇 CH3OH，反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，體系中CH3OCH3（g）的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為_________（填標(biāo)號(hào)）。

A ＜ B C ＞ D 無法確定

Answer 1

【答案】CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=+(E3-E1)kJmol-1 < < > C

【解析】

I．（1）由圖像可知，CH4與CO2制備“合成氣”的熱化學(xué)方程式為：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=+(E3-E1)kJmol-1；反應(yīng)①為慢反應(yīng)，反應(yīng)②為快反應(yīng)，因此可知反應(yīng)①的活化能大于反應(yīng)②的活化能，即E4-E1>E5-E2，故E5+E1<E4+E2；

II．（2）溫度升高，lnKC減小，KC減小，說明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，故升高溫度，k正增大的倍數(shù)小于k逆增大的倍數(shù)；

（3）該時(shí)刻濃度熵<KC，因此反應(yīng)正向進(jìn)行，v正>v逆；

（4）500K下，lnKc = 2.205+=3.21，KC=e3.21=24.78，假設(shè)某一時(shí)刻c(CH3OH)= c(CH3OCH3)= c(H2O)=amol/L，此時(shí)H3OCH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為，則濃度熵<KC，因此反應(yīng)正向進(jìn)行，達(dá)到平衡時(shí)，CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)大于。