Question

【題目】2019年國際非政府組織“全球碳計劃”12月4日發(fā)布報告：研究顯示，全球二氧化碳排放量增速趨于緩。CO2的綜合利用是解決溫室問題的有效途徑。

（1）一種途徑是將CO2轉(zhuǎn)化為成為有機物實現(xiàn)碳循環(huán)。如：

C2H4 (g) + H2O (l) = C2H5OH (l) ΔH＝-44.2 kJ·mol－1

2CO2(g) + 2H2O (l) =C2H4 (g) +3O2(g) ΔH＝+1411.0 kJ·mol－1

2CO2(g) + 3H2O (l) = C2H5OH (l) + 3O2(g) ΔH＝___________

（2）CO2甲烷化反應(yīng)是由法國化學(xué)家Paul Sabatier 提出的，因此，該反應(yīng)又叫Sabatier反應(yīng)。CO2催化氫化制甲烷的研究過程：

①上述過程中，產(chǎn)生H2反應(yīng)的化學(xué)方程式為：___________________________________。

②HCOOH是CO2轉(zhuǎn)化為CH4的中間體：CO2 HCOOH CH4。當(dāng)鎳粉用量增加10倍后，甲酸的產(chǎn)量迅速減少，當(dāng)增加鎳粉的用量時，CO2鎳催化氫化制甲烷的兩步反應(yīng)中反應(yīng)速率增加較大的一步是_______________（填I或II）

（3）CO2經(jīng)催化加氫可以生成低碳烴，主要有兩個競爭反應(yīng)：

反應(yīng)I：CO2(g) + 4H2 (g)CH4 (g) +2H2O(g)

反應(yīng)II：2CO2(g) + 6H2 (g)C2H4 (g) +4H2O(g)

在1L密閉容器中沖入1molCO2和4molH2,測得平衡時有關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量隨溫度變化如圖所示。T1℃時，CO2的轉(zhuǎn)化率為_________。T1℃時，反應(yīng)I的平衡常數(shù)K=_______。

（4）已知CO2催化加氫合成乙醇的反應(yīng)原理為2CO2(g) + 6H2 (g)C2H5OH (g) +4H2O(g) ΔH，m代表起始時的投料比，即m=.

①圖1中投料比相同，溫度T3>T2>T1,則ΔH_____（填“>”或“<”）0.

②m=3時，該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)后p(總）=20ɑ MPa ,恒壓條件下各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖2.則曲線b代表的物質(zhì)為_______（填化學(xué)式）

Answer 1

【答案】+1366.8kJ·mol－1 3Fe+4H2O(g)4H2+Fe3O4 Ⅱ < CO2

【解析】

（1）①C2H4 (g) + H2O (l) = C2H5OH (l) ΔH＝-44.2kJ·mol－1

②2CO2(g) + 2H2O (l) =C2H4 (g) +3O2(g) ΔH＝+1411.0kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律，①+②得：2CO2(g) + 3H2O (l) = C2H5OH (l) + 3O2(g)，求焓變；

（2）①根據(jù)流程圖可知反應(yīng)物為：Fe、H2O，生成物為：H2、Fe3O4；

②當(dāng)鎳粉用量增加10倍后，甲酸的產(chǎn)量在迅速減少，說明甲酸的消耗速率大于其生成速率，因此說明反應(yīng)Ⅱ的速率要比反應(yīng)Ⅰ的速率增加得快；。

（3）1L容器，T1℃時，根據(jù)三段是：

求出CO2的轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)I的平衡常數(shù)K；

（4）①根據(jù)圖示，溫度越高，H2轉(zhuǎn)化率越低，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

②溫度升高，反應(yīng)逆向進行，所以產(chǎn)物的物質(zhì)的量是逐漸減少的，反應(yīng)物的物質(zhì)的量增大，由圖可知，曲線a代表的物質(zhì)為H2，b表示CO2，c為H2O，d為C2H5OH。

（1）①C2H4 (g) + H2O (l) = C2H5OH (l) ΔH＝-44.2kJ·mol－1

②2CO2(g) + 2H2O (l) =C2H4 (g) +3O2(g) ΔH＝+1411.0kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律，①+②得：2CO2(g) + 3H2O (l) = C2H5OH (l) + 3O2(g) ΔH＝+1366.8 kJ·mol－1，故答案為：+1366.8kJ·mol－1；

（2）①根據(jù)流程圖可知反應(yīng)物為：Fe、H2O，生成物為：H2、Fe3O4，則化學(xué)方程式為：3Fe+4H2O(g)4H2+Fe3O4，故答案為：3Fe+4H2O(g)4H2+Fe3O4；

②當(dāng)鎳粉用量增加10倍后，甲酸的產(chǎn)量在迅速減少，說明甲酸的消耗速率大于其生成速率，因此說明反應(yīng)Ⅱ的速率要比反應(yīng)Ⅰ的速率增加得快，故答案為：Ⅱ；

（3）1L容器，T1℃時，根據(jù)三段是：

CO2的轉(zhuǎn)化率為；平衡時，c(CO2)=0.4mol/L，c(H2)=2mol/L ，c(CH4)=0.2mol/L ，c(H2O)=1.2mol/L ，則

T1℃時，反應(yīng)I的平衡常數(shù)，故答案為：；；

（4）①根據(jù)圖示，溫度越高，H2轉(zhuǎn)化率越低，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為：＜；

②溫度升高，反應(yīng)逆向進行，所以產(chǎn)物的物質(zhì)的量是逐漸減少的，反應(yīng)物的物質(zhì)的量增大，由圖可知，曲線a代表的物質(zhì)為H2，b表示CO2，c為H2O，d為C2H5OH，故答案為：CO2。