Question

15．二氧化碳是造成溫室效應的主要氣體，二氧化碳的回收再利用是減緩溫室效應的有效途徑之一．
（1）二氧化碳重整可用于制取甲烷，已知：
CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247kJ•mol^-1 
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₂=+205kJ•mol^-1
則反應CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）的△H₃=-163kJ/mol．
（2）一定壓強下，在某恒容密閉容器中，充入H₂和CO₂發生反應：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g），其起始投料比、溫度與CO₂的轉化率的關系如圖所示．
①降低溫度，平衡向逆反應 方向移動．
②在700K，起始投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=1.5時，H₂ 的轉化率為40%．
（3）CO₂和H₂在一定條件下可合成二甲醚：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H．在一定壓強下，將2.5molH₂與a molCO₂置于容積為1L的密閉容器中，發生上述反應，達到平衡狀態時，測得反應的實驗數據如下表：

溫度/K CO2轉化率/% a/mol	500	600	700	800
1.67	x	33
1.25	60	43		y
0.83		z	32	w

①x、y的大小關系為B．
A．x=y  B．x＞y  C．x＜y  D．無法判斷
②下列關于該反應敘述正確的是ABC
A．該反應的△H＜0，△S＜0
B．該反應的平衡常數隨溫度升高而減小
C．轉化率分別為z、w時，達到平衡的時間前者長
D．轉化率分別為y、w時，平衡常數不同．

Answer 1

分析 （1）已知：①．CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247kJ•mol^-1
②．CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₂=+205kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，①-②×2可得：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g），則△H₃=△H₁-2△H₂；
（2）①由圖可知，$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$一定時，溫度越高，平衡時二氧化碳的轉化率越大，說明升高溫度平衡向正反應方向移動，則正反應為吸熱反應；
②由圖可知，在700K，起始投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=1.5時，二氧化碳轉化率為20%，令CO₂、H₂的起始物質的量分別為1mol、1.5mol，轉化的二氧化碳為0.2mol，根據方程式可知轉化的氫氣為0.6mol，進而計算H₂ 的轉化率；
（3）①CO₂起始物質的量為1.25mol時，溫度越高，CO₂的轉化率越小，故w＜32，x＞33，由于CO₂（g）、H₂（g）按物質的量1：3反應，當二者按物質的量1：3混合時，即a=0.83，二者轉化率相等，則800K時CO₂、H₂的轉化率均為w%，CO₂（g）的起始物質的量越大，其轉化率越小，則y＜w；
②A．CO₂起始物質的量為1.25mol時，溫度越高，CO₂的轉化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應，正反應生成氣體的物質的量減小，混亂度減小；
B．升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數隨溫度升高而減小；
C．溫度越高，反應速率越快；
D．平衡常數只受溫度影響．

解答 解：（1）已知：①．CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247kJ•mol^-1
②．CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₂=+205kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，①-②×2可得：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g），則△H₃=△H₁-2△H₂=-163kJ/mol，
故答案為：-163kJ/mol；
（2）①由圖可知，$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$一定時，溫度越高，平衡時二氧化碳的轉化率越大，說明升高溫度平衡向正反應方向移動，則正反應為吸熱反應，降低溫度，平衡向放熱反應方向移動，即向逆反應方向移動，
故答案為：逆反應；
②由圖可知，在700K，起始投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=1.5時，二氧化碳轉化率為20%，令CO₂、H₂的起始物質的量分別為1mol、1.5mol，轉化的二氧化碳為1mol×20%=0.2mol，根據方程式可知轉化的氫氣為0.2mol×3=0.6mol，H₂ 的轉化率為$\frac{0.6mol}{1.5mol}$×100%=40%，
故答案為：40%；
（3）①CO₂起始物質的量為1.25mol時，溫度越高，CO₂的轉化率越小，故w＜32，x＞33，由于CO₂（g）、H₂（g）按物質的量1：3反應，當二者按物質的量1：3混合時，即a=0.83，二者轉化率相等，則800K時CO₂、H₂的轉化率均為w%，CO₂（g）的起始物質的量越大，其轉化率越小，則y＜w，由上述分析可知x＞y，
故答案為：B；
②A．CO₂起始物質的量為1.25mol時，溫度越高，CO₂的轉化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應，即△H＜0，正反應生成氣體的物質的量減小，混亂度減小，則△S＜0，故A正確；
B．正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數隨溫度升高而減小，故B正確；
C．溫度越高，反應速率越快，轉化率分別為z、w時，達到平衡的時間前者長，則C正確；
D．由于溫度相同，則平衡常數相同，故D錯誤，
故選：ABC．

點評 本題考查化學平衡計算、化學平衡影響因素、反應熱計算等，較好的考查學生分析能力、知識遷移運用能力．（3）中轉化率比較為易錯點、難度，貌似無法比較，關鍵是根據二者轉化率相等特殊性分析解答．