Question

1．二氧化碳的捕集、利用与封存（CCUS）是我国能源领域的一个重要战略方向，CCUS或许发展成一项重要的新兴产业．

（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
反应CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g） 的△H=（a+2b-2c）kJ•mol^-1．
（2）利用废气中的CO₂为原料制取甲醇，反应方程式为：CO₂+3H₂═CH₃OH+H₂O其他条件相同，该甲醇合成反应在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反应相同时间后，CO₂的转化率随反应温度的变化如图1所示．
①a点所代表的状态不是（填“是”或“不是”）平衡状态．
②c点CO₂的转化率高于b点，原因是b、c点均未达到平衡状态，c点温度高，反应速率较快，故CO₂的转化率较大．
（3）用二氧化碳催化加氢来合成低碳烯烃，起始时以0.1MPa，n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比充入反应器中，发生反应：2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H，不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图2所示：
①该进行的反应的△S＜0（填：“＞”或“＜”）
②对于气体反应，用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度（c_B）也可以表示平衡常数（记作K_P），则该反应的K_P=$\frac{p（{C}_{2}{H}_{4}）×{p}^{4}（{H}_{2}O）}{{p}^{2}（C{O}_{2}）×{p}^{6}（{H}_{2}）}$．
③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是增大压强；提高氢气和二氧化碳物质的量的比值（列举2项）

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，
根据盖斯定律，①+②×2-2×③可得：CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g），反应的焓变也进行相应的计算；
（2）①催化剂只能改变反应速率，不能改变化学平衡，不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下达平衡时CO₂的转化率相同；
②b、c点均未达到平衡状态，升高温度，化学反应速率加快，CO₂的转化率较大；
（3）①反应是气体物质的量减小的反应，混乱度减小；
②Kp等于各产物平衡分压系数次方的乘积和各个反应物平衡分压系数次方乘积的比值；
③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是增大压强或提高氢气和二氧化碳物质的量的比值等．

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，
根据盖斯定律，①+②×2-2×③可得：CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g），则△H=（a+2b-2c）kJ•mol^-1，
故答案为：（a+2b-2c）；
（2）①催化剂只能改变反应速率，不能改变化学平衡，所以不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下达平衡时CO₂的转化率相同，故a点所代表的状态不是平衡状态，
故答案为：不是；
②b、c点均未达到平衡状态，c点温度高，反应速率较快，故CO₂的转化率较大；
故答案为：b、c点均未达到平衡状态，c点温度高，反应速率较快，故CO₂的转化率较大；
（3）①反应是气体物质的量减小的反应，混乱度减小，则△S＜0，故答案为：＜；
②该反应的Kp等于各产物平衡分压系数次方的乘积和各个反应物平衡分压系数次方乘积的比值，即K_P=$\frac{p（{C}_{2}{H}_{4}）×{p}^{4}（{H}_{2}O）}{{p}^{2}（C{O}_{2}）×{p}^{6}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{p（{C}_{2}{H}_{4}）×{p}^{4}（{H}_{2}O）}{{p}^{2}（C{O}_{2}）×{p}^{6}（{H}_{2}）}$；
③提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是增大压强或提高氢气和二氧化碳物质的量的比值，
故答案为：增大压强；提高氢气和二氧化碳物质的量的比值．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡的影响、图象分析、反应热计算以及化学平衡常数等，为高频考点和常见题型，需要学生具备扎实的基础，侧重考查阅读获取信息能力、分析解决问题的能力，难度较大．