Question

【題目】二氧化碳的捕集、利用與封存（CCUS）是我國能源領(lǐng)域的一個(gè)重要戰(zhàn)略方向，CCUS或許發(fā)展成一項(xiàng)重要的新興產(chǎn)業(yè)．
（1）已知：CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H1=a kJmol﹣1CO（g）+H2O （g）═CO2（g）+H2 （g）△H2=b kJmol﹣1
2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H3=c kJmol﹣1
反應(yīng)CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g） 的△H=kJmol﹣1 ．
（2）利用廢氣中的CO2為原料制取甲醇，反應(yīng)方程式為：CO2+3H2═CH3OH+H2O其他條件相同，該甲醇合成反應(yīng)在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反應(yīng)相同時(shí)間后，CO2的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖1所示． ①a點(diǎn)所代表的狀態(tài)（填“是”或“不是”）平衡狀態(tài)．
②c點(diǎn)CO2的轉(zhuǎn)化率高于b點(diǎn)，原因是 ．
（3）在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，隨著甲醇的生成，還伴隨有少量CO副產(chǎn)物出現(xiàn)：CO2+H2CO+H2O△H＞0，且CO2的轉(zhuǎn)化率、甲醇的產(chǎn)率和CO含量除受濃度、度、壓強(qiáng)等因素影響外，還受催化劑CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、氣體混合物在反應(yīng)鍋爐內(nèi)的流動(dòng)速率影響（用空間流率表示）．通過實(shí)驗(yàn)分別得到如下數(shù)據(jù)圖2、①由圖2得，最佳空間流率為h﹣1； ②在其他條件不變的前提下調(diào)整催化劑配比，并記錄到達(dá)平衡所需的時(shí)間，得到如下表數(shù)據(jù)，

催化劑組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）	CuO	0	25	50	75	100
	ZnO	100	75	50	25	0
到達(dá)平衡所需時(shí)間（h）		2.5	7.4	8.1	12	無催化活性

試說明不選擇單組份ZnO原因是 ．
（4）用二氧化碳催化加氫來合成低碳烯烴，起始時(shí)以0.1MPa，n（H2）：n（CO2）=3：1的投料比充入反應(yīng)器中，發(fā)生反應(yīng)：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）△H，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4所示： ①該進(jìn)行的反應(yīng)的△S0（填：“＞”或“＜”）
②對(duì)于氣體反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（pB）代替物質(zhì)的量濃度（cB）也可以表示平衡常數(shù)（記作KP），則該反應(yīng)的KP= ．
③為提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可采取的措施是（列舉2項(xiàng)）．

Answer 1

【答案】
（1）（a+2b﹣2c）
（2）不是；b、c點(diǎn)均未達(dá)到平衡狀態(tài)，c點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率較快，故CO2的轉(zhuǎn)化率較大
（3）3600；使用單組分ZnO時(shí)反應(yīng)速率雖然快，但是由圖3可知，二氧化碳轉(zhuǎn)化率、甲醇的產(chǎn)率都過低，實(shí)際生產(chǎn)中沒有意義，故不采用
（4）＜；；增大壓強(qiáng)；提高氫氣和二氧化碳物質(zhì)的量的比值
【解析】解：（1）已知：①CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H1=a kJmol﹣1②CO（g）+H2O （g）═CO2（g）+H2 （g）△H2=b kJmol﹣1
③2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H3=c kJmol﹣1 ，
根據(jù)蓋斯定律，①+②×2﹣2×③可得：CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g），則△H=（a+2b﹣2c）kJmol﹣1 ，
所以答案是：（a+2b﹣2c）；（2）①催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能改變化學(xué)平衡，所以不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達(dá)平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率相同，故a點(diǎn)所代表的狀態(tài)不是平衡狀態(tài)，
所以答案是：不是；
②b、c點(diǎn)均未達(dá)到平衡狀態(tài)，c點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率較快，故CO2的轉(zhuǎn)化率較大；
所以答案是：b、c點(diǎn)均未達(dá)到平衡狀態(tài)，c點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率較快，故CO2的轉(zhuǎn)化率較大；（3）①由圖可知，在3600h﹣時(shí)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率最大，甲醇產(chǎn)量最大，流動(dòng)速率高會(huì)消耗能量，故最佳流動(dòng)速率為3600h﹣ ，
所以答案是：3600；
②使用單組份ZnO時(shí)反應(yīng)速率雖然最快，但是由圖3可知，CO2轉(zhuǎn)化率、CH3OH產(chǎn)率均過低實(shí)際生產(chǎn)中沒有意義，故不采用，
所以答案是：使用單組分ZnO時(shí)反應(yīng)速率雖然快，但是由圖3可知，二氧化碳轉(zhuǎn)化率、甲醇的產(chǎn)率都過低，實(shí)際生產(chǎn)中沒有意義，故不采用；
③由圖可知，在t0時(shí)改變一個(gè)條件，使曲線Ⅰ變成曲線Ⅱ，反應(yīng)速率加快，不影響平衡移動(dòng)，不可能是升高溫度，且改變條件濃度也不變，不可能是增大壓強(qiáng)，可能是加入催化劑，
所以答案是：加入催化劑；（4）①反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，混亂度減小，則△S＜0，所以答案是：＜；
②該反應(yīng)的Kp等于各產(chǎn)物平衡分壓系數(shù)次方的乘積和各個(gè)反應(yīng)物平衡分壓系數(shù)次方乘積的比值，即KP= ，
所以答案是： ；
③提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強(qiáng)或提高氫氣和二氧化碳物質(zhì)的量的比值，
所以答案是：增大壓強(qiáng)；提高氫氣和二氧化碳物質(zhì)的量的比值．
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解化學(xué)平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征的相關(guān)知識(shí)，掌握化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動(dòng)”即是動(dòng)態(tài)平衡，平衡時(shí)反應(yīng)仍在進(jìn)行；“定”即反應(yīng)混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學(xué)平衡；與途徑無關(guān)，外界條件不變，可逆反應(yīng)無論是從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效），以及對(duì)化學(xué)平衡的計(jì)算的理解，了解反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率=轉(zhuǎn)化濃度÷起始濃度×100%=轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量÷起始物質(zhì)的量×100%；產(chǎn)品的產(chǎn)率=實(shí)際生成產(chǎn)物的物質(zhì)的量÷理論上可得到產(chǎn)物的物質(zhì)的量×100%．