Question

【題目】二氧化碳的有效回收利用，既能緩解能源危機，又可減少溫室效應的影響，具有解決能源問題及環保問題的雙重意義。Zn/ZnO熱化學循環還原CO2制CO的原理如下圖所示，回答下列問題：

(1)①從循環結果看，能量轉化的主要方式是______________ ；

②反應2CO2(g)=2CO(g)+O2(g) △H=_________kJ/mol。

③Zn/ZnO在反應中循環使用，其作用是__________________

(2)二甲醚是主要的有機物中間體，在一定條件下利用CO2與H2可直接合成二甲醚：2CO2(g) +6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ， =3時，實驗測得CO2的平衡轉化率隨溫度及壓強變化如下圖所示。

①該反應的△H =______0(填“>”或“<”)。

②圖中壓強(P)由大到小的順序是__________________。

③若在1L密閉容器中充入0.2molCO2和0.6molH2，CO2的平衡轉化率對應下圖中A點，則在此溫度，該反應的化學平衡常數是___________(保留整數)。

④合成二甲醚過程中往往會生成一氧化碳，合成時選用硅鋁化合物做催化劑，硅鋁比不同時，生成二甲醚或一氧化碳的物質的量分數不同。硅鋁比與產物選擇性如下圖所示。圖中A點和B點的化學平衡常數比較：KA____KB(填“>、<、=”)。根據以上兩條曲線，寫出其中一條變化規律：_______________________。

⑤上圖是使用不同硅鋁比化合物做催化劑制備二甲醚的能量變化示意圖，其中正確且最佳的是__________。

Answer 1

【答案】太陽能轉化為化學能 564 催化劑 < p1>p2>p3 23 = a．溫度越高，二甲醚的選擇性越大；b．低溫時硅鋁比對二甲醚的選擇性影響不大，高溫時隨著硅鋁比增大，二甲醚的選擇性先增大后減小 A

【解析】

(1)①仔細分析圖象可知在太陽能的作用下實現了反應，2CO2(g)=2CO(g)+O2(g)，所以實現了太陽能向化學能的轉化；

②利用蓋斯定律進行計算將已知兩個熱化學方程式相加后再乘以2即得：2CO2(g)=2CO(g)+O2(g) △H=+564kJ/mol；

③Zn/ZnO在反應中循環使用，反應中起到催化劑的作用；

(2)①依據圖象，隨溫度升高，CO的轉化率降低，確定反應為放熱反應，△H＜0；

②2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)正反應為氣體分子數減小的反應，溫度一定時，壓強越大，CO2的轉化率越大，根據圖象溫度相同時CO2的轉化率：p1>p2>p3，則圖中壓強由大到小的順序為p1>p2>p3；

③根據A點，利用三段式法計算平衡常數；

2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

起始量(mol/L) 0.2 0.6 0 0

反應量(mol/L) 0.1 0.3 0.05 0.15

平衡量(mol/L) 0.1 0.3 0.05 0.15

K=≈23；

④平衡常數只受溫度影響，圖中280℃下的A點和B點的平衡常數相等；從圖中兩條曲線的變化趨勢及對比情況可以看出：230℃的曲線變化相對平緩，280℃的曲線變化程度較大且先升后降，280℃二甲醚物質的量分數較大，溫度升高，二甲醚的物質的量濃度的變化受影響的程度也有所改變等，因此可以概括為：a．溫度越高，二甲醚的選擇性越大；b．低溫時硅鋁比對二甲醚的選擇性影響不大，高溫時隨著硅鋁比增大，二甲醚的選擇性先增大后減小；

⑤使用不同硅鋁比化合物做催化劑制備二甲醚，反應為放熱反應，催化劑能夠降低反應的活化能，加快反應速率，但化學平衡不發生移動和反應的焓變也不改變，圖象中只有A符合。