Question

【題目】“溫室效應”是全球關注的環境問題之一。CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體，CO2的綜合利用是解決溫室及能源問題的有效途徑。

（1）CO2催化加氫能合成低碳烯烴：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)。不同溫度下平衡時的四種氣態物質的物質的量如圖所示，則曲線b表示的物質為________(填化學式)。

（2）CO2和H2在催化劑Cu/ZnO作用下可發生兩個平行反應，分別生成CH3OH和CO。

反應A：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

反應B：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)

控制CO2和H2初始投料比為1∶3時，溫度對CO2平衡轉化率及甲醇和CO產率的影響如圖所示。

①由圖可知溫度升高CO的產率上升，其主要原因可能是_____。

②由圖可知獲取CH3OH最適宜的溫度是________，下列措施有利于提高CO2轉化為CH3OH的平衡轉化率的有________(填字母)。

A. 使用催化劑

B. 增大體系壓強

C. 增大CO2和H2的初始投料比

D. 投料比和容器體積不變，增加反應物的濃度

（3）在恒溫恒容條件下，反應A達到平衡的標志有_____

A. 容器中氣體壓強不再發生變化

B. 容器中氣體密度不再發生變化

C. 容器中氣體顏色不再發生變化

D. 容器中氣體平均摩爾質量不再發生變化

（4）由CO2制取C的太陽能工藝如圖所示。“熱分解系統”發生的反應為2Fe3O46FeO＋O2↑，每分解1 mol Fe3O4轉移電子的物質的量為_____；“重整系統”發生反應的化學方程式為___。

Answer 1

【答案】H2O 反應B正反應是吸熱反應，溫度升高平衡正向移動，CO產率升高 250 ℃ BD AD 2 mol 6FeO＋CO22Fe3O4＋C

【解析】

（1）據圖，升高溫度，氫氣物質的量增大，平衡逆向移動，則正反應是放熱反應，a曲線隨著溫度升高，物質的量增大，為二氧化碳，b、c隨著溫度升高其物質的量降低，為生成物水、乙烯，但水的變化量大于乙烯，據此判斷b曲線代表物質；

（2）①反應B正反應是吸熱反應，溫度升高平衡正向移動，CO產率升高；

②據圖示進行分析250℃甲醇轉化率最高；由CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-53.7kJ·mol-1 可知提高CO2轉化為CH3OH平衡轉化率，應使平衡向正向移動，可降低溫度，增大濃度；

（3）可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質的物質的量、物質的量濃度、百分含量及由此引起的一系列物理量不變；

（4）該反應中Fe元素化合價由+3價變為+2價，O元素化合價由-2價變為0價，根據轉移電子和Fe3O4之間的關系式計算；據圖，反應物是二氧化碳和FeO，生成物的四氧化三鐵和C，反應條件是700K．

（1）據圖，升高溫度，氫氣物質的量增大，平衡逆向移動，則正反應是放熱反應，a曲線隨著溫度升高，物質的量增大，為二氧化碳，b、c隨著溫度升高其物質的量降低，為生成物水、乙烯，但水的變化量大于乙烯，所以b曲線代表H2O。

（2）①由圖2可知溫度升高CO的產率上升，其主要原因可能是反應B正反應是吸熱反應，溫度升高平衡正向移動，CO產率升高；

②據圖示進行分析250℃甲醇轉化率最高，故獲取CH3OH最適宜的溫度是250℃；

A．使用催化劑，平衡不移動，不能提高轉化率，故A錯誤；

B、增大體系壓強，平衡向正方向移動，提高甲醇轉化率，故B正確；

C、增大CO2和H2的初始投料比，可增大氫氣的轉化率，二氧化碳的轉化率減小，故C錯誤；

D、投料比不變，增加反應物的濃度，平衡正向移動，可增大轉化率，故D正確；

故選BD。

（3）反應A：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)

A. 容器中氣體壓強不再發生變化，各物質百分含量保持不變時，正逆反應速率相等，該反應達到平衡狀態，故A正確；

B. 反應前后氣體總質量不變、容器容積不變，則無論反應是否達到平衡狀態，容器中混合氣體密度始終不變，所以當容器中混合氣體的密度保持不變時，該反應不一定達到平衡狀態，故B錯誤；

C. 反應A中，氣體均為無色，容器中氣體顏色不再發生變化，無法判斷是否達到平衡，故C錯誤；

D. 反應前后氣體總質量不變、但反應前后氣體的物質的量發生變化，容器中氣體平均摩爾質量不再發生變化，各物質百分含量保持不變時，正逆反應速率相等，該反應達到平衡狀態，故D正確；

故選AD。

（4）該反應中Fe元素化合價由+3價變為+2價，O元素化合價由-2價變為0價，分解2mol四氧化三鐵轉移4mol電子，則分解1mol四氧化三鐵轉移2mol電子；

據圖，反應物是二氧化碳和FeO，生成物的四氧化三鐵和C，反應條件是700K，反應方程式為6FeO（S）+CO22Fe3O4＋C。