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(qǐng)回答下列問(wèn)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-285.8kJmol-1和-726.5kJmol-1；CH3OH(1)=CH3OH (g) △H=+35.2kJmol-1；H2O(1)=H2O(g) △H=+44kJmol-1。

則CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=___kJmol-1。有利于提高H2平衡轉(zhuǎn)化率的條件是___(填選項(xiàng)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、4molCO2，發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，達(dá)到平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率為50%，其平衡常數(shù)為___ (保留兩位小數(shù))。

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(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)：K(I)___K(Ⅱ)(填“>”“<”或“=”，下同)；平衡時(shí)CH3OH的濃度：c(I)___c(Ⅱ)。

（2）CO2可用來(lái)合成低碳烯烴：2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=-127.8 kJmol-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(shí)的四種氣態(tài)物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)(φ)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(shí)達(dá)到化學(xué)平衡。t1時(shí)將容器體積瞬間擴(kuò)大至2VL并保持不變，t2時(shí)重新達(dá)到平衡。請(qǐng)?jiān)趫D中畫出容器內(nèi)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量M隨時(shí)間的變化趨勢(shì)圖象___。

Answer 1

【答案】-51.7 B 0.05 < < H2O CO2

【解析】

（1）①依據(jù)蓋斯定律進(jìn)行分析；

②依據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算；

③依據(jù)升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，降低溫度平衡向放熱方向移動(dòng)，根據(jù)移動(dòng)方向判斷平衡常數(shù)的大小；

(2)依據(jù)參與反應(yīng)的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比進(jìn)行分析；

反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可由表示氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式的3倍減去表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式再加上CH3OH(1)=CH3OH (g) △H=+35.2kJmol-1；H2O(1)=H2O(g) 得到，根據(jù)蓋斯定律，其反應(yīng)熱應(yīng)等于

-285.8kJmol-1×3-（-726.5kJmol-1）+ 35.2kJmol-1+44kJmol-1 =-51.7kJmol-1；

因此該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低溫有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率，該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體減少的反應(yīng)，高壓有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率；

故答案為：；B；

平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率為，即氫氣減少了3mol，則二氧化碳減少了1mol，生成甲醇和水各1mol，因此平衡時(shí)、、、的濃度分別為、、、，平衡常數(shù)為；

故答案為：；

正反應(yīng)放熱，逆反應(yīng)吸熱，因容器Ⅱ是從逆反應(yīng)開(kāi)始的，因此絕熱容器中的溫度會(huì)降低，而放熱反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度降低是增大的，因此Ⅱ；

如果溫度相同體積相同，兩個(gè)容器的平衡狀態(tài)是完全一樣的，但平衡容器Ⅱ的溫度低，降低溫度，平衡會(huì)向右移動(dòng)，因此平衡時(shí)的濃度：Ⅱ，故答案為：；；

正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，因此減少的是乙烯和水，但水的減少量要大于乙烯，因此b是水，d是乙烯；平衡逆向移動(dòng)，增加的是二氧化碳和氫氣，氫氣的變化量要大于二氧化碳，因此a是氫氣，c是二氧化碳；故答案為：；；

氣體的總質(zhì)量不變，因此平均相對(duì)分子質(zhì)量和氣體的總的物質(zhì)的量呈反比，起始到時(shí)刻，反應(yīng)向右，氣體的物質(zhì)的量減小，則平均相對(duì)分子質(zhì)量增大，時(shí)刻到時(shí)刻，處于平衡狀態(tài)，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，時(shí)將容器體積瞬間擴(kuò)大至2VL并保持不變，時(shí)重新達(dá)到平衡，壓強(qiáng)減小，平衡逆向移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量增大，則平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，時(shí)刻之后，處于平衡狀態(tài)，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，因此容器內(nèi)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量M隨時(shí)間的變化圖象為；故答案為：。