Question

【题目】研究煤的合理利用及 CO2的综合应用有着重要的意义。请回答以下问题：

I.煤的气化

已知煤的气化过程涉及的基本化学反应有：

①C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H=+131kJ·mol-1

②CO(g)+3H2(g) CH4(g) +H2O(g) △H=akJ·mol-1

查阅资料反应②中相关化学键能数据如下表：

化学键	C≡O	H—H	H—C	H—O
E(kJ·mol-1)	1072	436	414	465

(1)则反应②中 a =_____________。

(2)煤直接甲烷化反应 C(s) + 2 H2 (g) CH4(g) 的△H=为 _____kJ mol-1， 该反应在_____________（填“高温”或“低温 ”）下自发进行。

II.合成低碳烯烃

在体积为1 L 的 密闭容器中，充入 1mol CO2和 2 .5 mol H2, 发生 反应： 2CO2 ( g) + 6 H2(g)C2H4(g)+4 H2O(g) △H=-128kJ·mol-1，测得温度对催化剂催化效率和CO2 平衡转化率的影响如右图 所 示 ：

(3) 图中低温时， 随着温度升高催化剂的催化效率提高， 但 CO2的平衡转化率却反而降低 ，其原因是_______________．

(4) 250℃时，该反应的平衡常数K 值为____________。

III.合成甲醇

在恒温 2 L 容积不变的密闭容器中，充入 1molCO2 和 3 molH2, 发生反应：. CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g),测得不同时刻反应前后容器内压强变化（p后/p前）如下表：

时间/h	1	2	3	4	5	6
p后/p前	0.90	0.85	0.82	0.81	0.80	0.80

(5) 反应前 1 小时内的平均反应速率 v(H2）为_______molL-1h-1 , 该温度下CO2的平衡转化率为_____________。

Answer 1

【答案】-206 -75 低温 该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，所以二氧化碳的转化率降低 1 0.3 40%

【解析】

（1）焓变△H=反应物的总键能-生成物的总键能=a=1072 kJ/mol +3×436 kJ/mol -（4×414 kJ/mol +2×465 kJ/mol）=-206kJ/mol，故答案为：-206；

（2）由盖斯定律，方程式①+②得到C(s) + 2H2 (g)CH4(g)，则△H=-75 kJ/mol，反应△H<0，△S<0，则低温下能使△H-T△S<0，所以低温能自发进行，故答案为：-75；低温；

（3）该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，则二氧化碳的平衡转化率降低，故答案为：该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，所以二氧化碳的转化率降低；

（4）250℃时，二氧化碳的平衡转化率为50%，可列三段式为：

2CO2 ( g) + 6 H2(g)C2H4(g)+4 H2O(g)

，故答案为：1；

（5）在恒温2L容积不变的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，发生反应，设1h消耗二氧化碳的物质的量为x，则有三段式：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)

气体压强之比等于气体的物质的量之比，则，x=0.2mol，氢气的反应速率；

平衡状态下气体压强之比为0.8，设消耗二氧化碳的物质的量为y，则有三段式：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)

，y=0.4，二氧化碳的平衡转化率= ，故答案为：0.3；40%。