Question

14．二氧化碳的回收利用是环保领域研究热点．

（1）在太阳能的作用下，以CO₂为原料制取炭黑的流程如图1所示．总反应的化学方程式为CO₂$\frac{\underline{\;太阳能\;}}{FeO}$C+O₂．
（2）在催化剂M的作用下，CO₂和H₂同时发生下列两个反应：
a.2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H＜0
b.2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＜0
图2是乙烯在相同时间内，不同温度下的产率，则高于460℃时乙烯产率降低的原因可能是AC（填序号）．
A．催化剂M的活性降低B．a反应的平衡常数变大
C．生成甲醚的量增加    D．b反应的活化能增大
（3）CO₂经过催化氢化合成乙烯反应为：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H＜0
在密闭容器中充入2mol CO₂和nmol，在一定条件下发生反应，CO₂的转化率与温度、投料比X=[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]的关系如图3所示．
①投料比X₁＞X₂（填“＞”、“＜”或“=”下同），平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系为K_A＞K_B=K_C；
②TK时，某密闭容器发生上述反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如表：

时间/min 浓度/mol•L-1	0	10	20	30	40	50
H2（g）	6.00	5.40	5.10	9.00	8.40	8.40
CO2（g）	2.00	1.80	1.70	3.00	2.80	2.80
CH2=CH2（g）	0	0.10	0.15	0.50	0.60	0.60

20～30min间只改变了某一条件，根据表中的数据判断改变的条件可能是缩小容器体积．该温度下0～10min内H₂的反应速率为0.06mol•L^-1•min^-1．

Answer 1

分析 （1）在700K条件下，CO₂和FeO发生反应生成C和Fe₃O₄，过程1中Fe₃O₄分解生成FeO和O₂，所以整个反应过程中FeO作催化剂，根据反应物和生成物及反应条件书写方程式；
（2）根据影响产物产率的因素只能是引起平衡移动的因素，根据平衡移动原理来解释；
（3）①相同条件下，投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，二氧化碳的转化率越大，据此判断X₁、X₂的相对大小；该反应的正反应是放热反应，温度越高其平衡常数越小；
②20～30min间氢气、CO的浓度都增大，且增大倍数相同，应为缩小容器体积；该温度下0～10min内H₂浓度变化0.6mol/L，以此计算浓度．

解答 解：（1）在700K条件下，CO₂和FeO发生反应生成C和Fe₃O₄，过程1中Fe₃O₄分解生成FeO和O₂，所以整个反应过程中FeO作催化剂，根据反应物和生成物及反应条件书写方程式为CO₂$\frac{\underline{\;太阳能\;}}{FeO}$C+O₂，
故答案为：CO₂$\frac{\underline{\;太阳能\;}}{FeO}$C+O₂；
（2）影响产物产率的因素只能是引起平衡移动的因素，反应的活化能增大因素都是和催化剂有关的因素，催化剂只能改变反应速率，不会引起平衡移动，乙烯产率不会影响，反应的平衡常数变大是温度的变化引起的，反应是放热的，平衡常数变大是因为升高温度，不符合题意，
故选AC；
（3）①相同条件下，投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，二氧化碳的转化率越大，根据图知，相同温度下X₁的转化率大于X₂，所以X₁＞X₂；该反应的正反应是放热反应，温度越高其平衡常数越小，温度A＜B，所以平衡常数A＞B，A、C温度相同，平衡常数相同，
故答案为：＞； K_A＞K_B=K_C；
②20～30min间氢气、CO的浓度都增大，且增大倍数相同，应为缩小容器体积，该温度下0～10min内H₂浓度变化0.6mol/L，则反应速率为$\frac{0.6mol/L}{10min}$=0.06mol•L^-1•min^-1，
故答案为：缩小容器体积； 0.06mol•L^-1•min^-1．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡的影响因素等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，注意把握图象的分析，难度中等．