Question

1．二氧化碳的捕集、利用與封存（CCUS）是我國能源領域的一個重要戰略方向，CCUS或許發展成一項重要的新興產業．

（1）已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=a kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O （g）═CO₂（g）+H₂ （g）△H₂=b kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃=c kJ•mol^-1
反應CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g） 的△H=（a+2b-2c）kJ•mol^-1．
（2）利用廢氣中的CO₂為原料制取甲醇，反應方程式為：CO₂+3H₂═CH₃OH+H₂O其他條件相同，該甲醇合成反應在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反應相同時間后，CO₂的轉化率隨反應溫度的變化如圖1所示．
①a點所代表的狀態不是（填“是”或“不是”）平衡狀態．
②c點CO₂的轉化率高于b點，原因是b、c點均未達到平衡狀態，c點溫度高，反應速率較快，故CO₂的轉化率較大．
（3）用二氧化碳催化加氫來合成低碳烯烴，起始時以0.1MPa，n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比充入反應器中，發生反應：2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H，不同溫度下平衡時的四種氣態物質的物質的量如圖2所示：
①該進行的反應的△S＜0（填：“＞”或“＜”）
②對于氣體反應，用某組分（B）的平衡壓強（p_B）代替物質的量濃度（c_B）也可以表示平衡常數（記作K_P），則該反應的K_P=$\frac{p（{C}_{2}{H}_{4}）×{p}^{4}（{H}_{2}O）}{{p}^{2}（C{O}_{2}）×{p}^{6}（{H}_{2}）}$．
③為提高CO₂的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強；提高氫氣和二氧化碳物質的量的比值（列舉2項）

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=a kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O （g）═CO₂（g）+H₂ （g）△H₂=b kJ•mol^-1
③2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃=c kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律，①+②×2-2×③可得：CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g），反應的焓變也進行相應的計算；
（2）①催化劑只能改變反應速率，不能改變化學平衡，不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達平衡時CO₂的轉化率相同；
②b、c點均未達到平衡狀態，升高溫度，化學反應速率加快，CO₂的轉化率較大；
（3）①反應是氣體物質的量減小的反應，混亂度減�。�
②Kp等于各產物平衡分壓系數次方的乘積和各個反應物平衡分壓系數次方乘積的比值；
③為提高CO₂的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強或提高氫氣和二氧化碳物質的量的比值等．

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=a kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O （g）═CO₂（g）+H₂ （g）△H₂=b kJ•mol^-1
③2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃=c kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律，①+②×2-2×③可得：CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g），則△H=（a+2b-2c）kJ•mol^-1，
故答案為：（a+2b-2c）；
（2）①催化劑只能改變反應速率，不能改變化學平衡，所以不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達平衡時CO₂的轉化率相同，故a點所代表的狀態不是平衡狀態，
故答案為：不是；
②b、c點均未達到平衡狀態，c點溫度高，反應速率較快，故CO₂的轉化率較大；
故答案為：b、c點均未達到平衡狀態，c點溫度高，反應速率較快，故CO₂的轉化率較大；
（3）①反應是氣體物質的量減小的反應，混亂度減小，則△S＜0，故答案為：＜；
②該反應的Kp等于各產物平衡分壓系數次方的乘積和各個反應物平衡分壓系數次方乘積的比值，即K_P=$\frac{p（{C}_{2}{H}_{4}）×{p}^{4}（{H}_{2}O）}{{p}^{2}（C{O}_{2}）×{p}^{6}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{p（{C}_{2}{H}_{4}）×{p}^{4}（{H}_{2}O）}{{p}^{2}（C{O}_{2}）×{p}^{6}（{H}_{2}）}$；
③提高CO₂的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強或提高氫氣和二氧化碳物質的量的比值，
故答案為：增大壓強；提高氫氣和二氧化碳物質的量的比值．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學平衡的影響、圖象分析、反應熱計算以及化學平衡常數等，為高頻考點和常見題型，需要學生具備扎實的基礎，側重考查閱讀獲取信息能力、分析解決問題的能力，難度較大．