Question

【题目】“低碳经济”已成为全世界科学家研究的重要课题。为减小和消除CO2对环境的影响，一方面世界各国都在限制其排放量，另一方面科学家加强了对CO2创新利用的研究。

（1）已知：①CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g） 　ΔH=-41 kJ·mol-1

②C（s）+2H2（g）CH4（g）　ΔH=-73kJ·mol-1

③2CO（g）C（s）+CO2（g）　ΔH=-171 kJ·mol-1

写出CO2与H2反应生成CH4 和H2O（g）的热化学方程式： __________________。

（2）目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。为探究该反应原理，在容积为2L的密闭容器中，充入1 molCO2和3.25 mol H2在一定条件下发生反应，测得CO2、CH3OH（g）和H2O（g）的物质的量（n）随时间的变化如图所示：

①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H2）=_____________。

②下列措施一定不能使CO2的转化率增大的是_____________（选填编号）。

A.在原容器中再充入1molCO2

B.在原容器中再充入1molH2

C.在原容器中再充入1mol氦气

D.使用更有效的催化剂

E.缩小容器的容积

F.将水蒸气从体系中分离

（3）煤化工通常研究不同条件下CO转化率以解决实际问题。已知在催化剂存在条件下反应：CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）中CO的平衡转化率随及温度变化关系如图所示：

①上述反应的逆反应方向是_____________反应（填“吸热”或“放热”）；

②对于气相反应，用某组分（B）的平衡分压（pB）代替平衡浓度（cB）也可以表示平衡常数（记作Kp），则该反应的Kp的表达式为______________，提高，则Kp_____________（填“变大”、“变小”或“不变”）。使用铁镁催化剂的实际工业流程中，一般采用400 ℃左右、=3～5，采用此条件的原因可能是___________。

Answer 1

【答案】CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g） △H=-162 kJ·mol-1 0.1125mol·L-1·min-1 ACD 吸热 不变 催化剂的活性温度在400℃左右；且投料比=3 ~5时，CO的平衡转化率较高，成本小

【解析】

（1）根据盖斯定律②+③-2×①可知CO2与H2反应生成CH4 和H2O（g）的热化学方程式CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g）△H=-162 kJ·mol-1。故答案为：CO2（g）+4H2（g）CH4（g）+2H2O（g） △H=-162 kJ·mol-1

（2）①用CO2来生产燃料甲醇的化学方程式为CO2+3H2CH3OH+H2O，从反应开始到平衡，H2的物质的量变化了2.25mol，则物质的量浓度变化2.25mol÷2L=1.125mol/L，反应在10min时达到平衡，v（H2）=1.125 mol/L÷10min=0.1125 mol·L-1·min-1。

②A.在原容器中再充入1molCO2将使CO2的转化率降低；在原容器中再充入1molH2，反应向正反应方向移动，会使CO2的转化率升高；在原容器中再充入1mol氦气，由于体积不变，所以浓度不变，因此对反应无影响；催化剂不能改变平衡状态，只能改变反应速率；缩小容器的容积可以增大压强，由于反应中反应物的化学计量数之和大于生成物，故反应会向正反应方向移动，使CO2的转化率升高；将水蒸气从体系中分离会使反应向正反应方向移动，使CO2的转化率升高；故选ACD。

（3）①从图中可以看到，随着反应温度升高，CO的平衡转化率降低，故正反应是放热反应，所以逆反应是吸热反应。

②用平衡分压（pB）代替平衡浓度（cB）表示平衡常数Kp=。提高，对Kp无影响，故Kp不变。使用铁镁催化剂的实际工业流程中，一般采用400 ℃左右、=3～5，采用此条件的原因可能是：催化剂的活性温度在400℃左右；且投料比=3 ~5时，CO的平衡转化率较高，成本小。