Question

【題目】“溫室效應(yīng)”是全球關(guān)注的環(huán)境問題之一。CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體，CO2的綜合利用是解決溫室及能源問題的有效途徑。

（1）CO2催化加氫能合成低碳烯烴：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)。不同溫度下平衡時(shí)的四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量如圖所示，則曲線b表示的物質(zhì)為________(填化學(xué)式)。

（2）CO2和H2在催化劑Cu/ZnO作用下可發(fā)生兩個(gè)平行反應(yīng)，分別生成CH3OH和CO。

反應(yīng)A：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

反應(yīng)B：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)

控制CO2和H2初始投料比為1∶3時(shí)，溫度對(duì)CO2平衡轉(zhuǎn)化率及甲醇和CO產(chǎn)率的影響如圖所示。

①由圖可知溫度升高CO的產(chǎn)率上升，其主要原因可能是_____。

②由圖可知獲取CH3OH最適宜的溫度是________，下列措施有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH的平衡轉(zhuǎn)化率的有________(填字母)。

A. 使用催化劑

B. 增大體系壓強(qiáng)

C. 增大CO2和H2的初始投料比

D. 投料比和容器體積不變，增加反應(yīng)物的濃度

（3）在恒溫恒容條件下，反應(yīng)A達(dá)到平衡的標(biāo)志有_____

A. 容器中氣體壓強(qiáng)不再發(fā)生變化

B. 容器中氣體密度不再發(fā)生變化

C. 容器中氣體顏色不再發(fā)生變化

D. 容器中氣體平均摩爾質(zhì)量不再發(fā)生變化

（4）由CO2制取C的太陽能工藝如圖所示。“熱分解系統(tǒng)”發(fā)生的反應(yīng)為2Fe3O46FeO＋O2↑，每分解1 mol Fe3O4轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為_____；“重整系統(tǒng)”發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___。

Answer 1

【答案】H2O 反應(yīng)B正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向移動(dòng)，CO產(chǎn)率升高 250 ℃ BD AD 2 mol 6FeO＋CO22Fe3O4＋C

【解析】

（1）據(jù)圖，升高溫度，氫氣物質(zhì)的量增大，平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，a曲線隨著溫度升高，物質(zhì)的量增大，為二氧化碳，b、c隨著溫度升高其物質(zhì)的量降低，為生成物水、乙烯，但水的變化量大于乙烯，據(jù)此判斷b曲線代表物質(zhì)；

（2）①反應(yīng)B正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向移動(dòng)，CO產(chǎn)率升高；

②據(jù)圖示進(jìn)行分析250℃甲醇轉(zhuǎn)化率最高；由CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-53.7kJ·mol-1 可知提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正向移動(dòng)，可降低溫度，增大濃度；

（3）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量及由此引起的一系列物理量不變；

（4）該反應(yīng)中Fe元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?/span>+2價(jià)，O元素化合價(jià)由-2價(jià)變?yōu)?/span>0價(jià)，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子和Fe3O4之間的關(guān)系式計(jì)算；據(jù)圖，反應(yīng)物是二氧化碳和FeO，生成物的四氧化三鐵和C，反應(yīng)條件是700K．

（1）據(jù)圖，升高溫度，氫氣物質(zhì)的量增大，平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，a曲線隨著溫度升高，物質(zhì)的量增大，為二氧化碳，b、c隨著溫度升高其物質(zhì)的量降低，為生成物水、乙烯，但水的變化量大于乙烯，所以b曲線代表H2O。

（2）①由圖2可知溫度升高CO的產(chǎn)率上升，其主要原因可能是反應(yīng)B正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向移動(dòng)，CO產(chǎn)率升高；

②據(jù)圖示進(jìn)行分析250℃甲醇轉(zhuǎn)化率最高，故獲取CH3OH最適宜的溫度是250℃；

A．使用催化劑，平衡不移動(dòng)，不能提高轉(zhuǎn)化率，故A錯(cuò)誤；

B、增大體系壓強(qiáng)，平衡向正方向移動(dòng)，提高甲醇轉(zhuǎn)化率，故B正確；

C、增大CO2和H2的初始投料比，可增大氫氣的轉(zhuǎn)化率，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；

D、投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度，平衡正向移動(dòng)，可增大轉(zhuǎn)化率，故D正確；

故選BD。

（3）反應(yīng)A：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

A. 容器中氣體壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，各物質(zhì)百分含量保持不變時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；

B. 反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變、容器容積不變，則無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，容器中混合氣體密度始終不變，所以當(dāng)容器中混合氣體的密度保持不變時(shí)，該反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；

C. 反應(yīng)A中，氣體均為無色，容器中氣體顏色不再發(fā)生變化，無法判斷是否達(dá)到平衡，故C錯(cuò)誤；

D. 反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變、但反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，容器中氣體平均摩爾質(zhì)量不再發(fā)生變化，各物質(zhì)百分含量保持不變時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；

故選AD。

（4）該反應(yīng)中Fe元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?/span>+2價(jià)，O元素化合價(jià)由-2價(jià)變?yōu)?/span>0價(jià)，分解2mol四氧化三鐵轉(zhuǎn)移4mol電子，則分解1mol四氧化三鐵轉(zhuǎn)移2mol電子；

據(jù)圖，反應(yīng)物是二氧化碳和FeO，生成物的四氧化三鐵和C，反應(yīng)條件是700K，反應(yīng)方程式為6FeO（S）+CO22Fe3O4＋C。