Question

【題目】二氧化碳催化加氫合成乙烯是綜合利用CO2的熱點研究領(lǐng)域。回答下列問題：

(1)CO2催化加氫生成乙烯和水的反應(yīng)中，產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=__________。當反應(yīng)達到平衡時，若增大壓強，則n(C2H4)___________(填“變大”“變小”或“不變”)。

(2)理論計算表明，原料初始組成n(CO2)∶n(H2)=1∶3，在體系壓強為0.1MPa，反應(yīng)達到平衡時，四種組分的物質(zhì)的量分數(shù)x隨溫度T的變化如圖所示。

圖中，表示C2H4、CO2變化的曲線分別是______、______。CO2催化加氫合成C2H4反應(yīng)的ΔH______0(填“大于”或“小于”)。

(3)根據(jù)圖中點A(440K，0.39)，計算該溫度時反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_________(MPa)3(列出計算式。以分壓表示，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù))。

(4)二氧化碳催化加氫合成乙烯反應(yīng)往往伴隨副反應(yīng)，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烴。一定溫度和壓強條件下，為了提高反應(yīng)速率和乙烯選擇性，應(yīng)當___________________。

Answer 1

【答案】1∶4 變大 d c 小于 或等 選擇合適催化劑等

【解析】

根據(jù)質(zhì)量守恒定律配平化學(xué)方程式，可以確定產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比。根據(jù)可逆反應(yīng)的特點分析增大壓強對化學(xué)平衡的影響。根據(jù)物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，從圖中找到關(guān)鍵數(shù)據(jù)確定代表各組分的曲線，并計算出平衡常數(shù)。根據(jù)催化劑對化反應(yīng)速率的影響和對主反應(yīng)的選擇性，工業(yè)上通常要選擇合適的催化劑以提高化學(xué)反應(yīng)速率、減少副反應(yīng)的發(fā)生。

(1)CO2催化加氫生成乙烯和水，該反應(yīng)的化學(xué)方程式可表示為2CO2+6H2 CH2 = CH2+4H2O，因此，該反應(yīng)中產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比n(C2H4)：n(H2O)=1：4。由于該反應(yīng)是氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，當反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，若增大壓強，則化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，n(C2H4)變大。

(2) 由題中信息可知，兩反應(yīng)物的初始投料之比等于化學(xué)計量數(shù)之比；由圖中曲線的起點坐標可知，c和a所表示的物質(zhì)的物質(zhì)的量分數(shù)之比為1:3、d和b表示的物質(zhì)的物質(zhì)的量分數(shù)之比為1:4，則結(jié)合化學(xué)計量數(shù)之比可以判斷，表示乙烯變化的曲線是d，表示二氧化碳變化曲線的是c。由圖中曲線的變化趨勢可知，升高溫度，乙烯的物質(zhì)的量分數(shù)減小，則化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，H小于0。

(3) 原料初始組成n(CO2)∶n(H2)=1∶3，在體系壓強為0.1Mpa建立平衡。由A點坐標可知，該溫度下，氫氣和水的物質(zhì)的量分數(shù)均為0.39，則乙烯的物質(zhì)的量分數(shù)為水的四分之一，即，二氧化碳的物質(zhì)的量分數(shù)為氫氣的三分之一，即，因此，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)(MPa)-3=(MPa)-3。

(4)工業(yè)上通常通過選擇合適的催化劑，以加快化學(xué)反應(yīng)速率，同時還可以提高目標產(chǎn)品的選擇性，減少副反應(yīng)的發(fā)生。因此，一定溫度和壓強下，為了提高反應(yīng)速率和乙烯的選擇性，應(yīng)當選擇合適的催化劑。