Question

【题目】二氧化碳加氢合成乙烯的反应如下:2CO2(g )+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。

已知:①C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2 ΔH1=a kJ/mol；

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(1)ΔH2=bkJ/mol；

③H2O(1)=H2O(g) ΔH3=c kJ/mol；

请回答:

(1)ΔH=____kJ/mol。(用a、b、c 表示)

(2)在催化剂[Fe3(CO)12/ZSM-5]、空速1200 h-1 条件下，温度、压强、氢碳比[n(H2)/n(CO2)=x]对CO2平衡转化率及温度对催化效率影响如图1所示。

①下列有关说法正确的是________(填字母)。

A.ΔH>0

B.增大氢碳比，可以提高CO2的平衡转化率

C.温度低于300℃时，随温度升高乙烯的产率增大

D.平衡常数:K(M)>K(N)

E.为提高CO2的平衡转化率，工业生产中应在尽可能低的温度下合成乙烯

②M点时，CO2的平衡转化率为2/3，则此时平衡体系中乙烯的体积分数为_________。

③工业生产中压强一般控制在2.1~2.6 MPa之间，理由是____________________________。

(3)恒温(300℃)，在体积为1L的恒容容器中以n(H2)/n(CO2)=3的投料比加入反应物，至t1时达到平衡。t2时将容器体积瞬间扩大至2 L并保持不变，t3时重新达平衡。在图2中绘制0~t4时间段内，容器内混合气体的平均相对分子质量(M)随时间(t)变化的图像。_______

Answer 1

【答案】 3b+4c-a B D 1/9或11.1% 压强小于2.1MPa，CO2的平衡转化率较小;压强大于2.6MPa，CO2的平衡转化率提高幅度较小，运行成本增加 [起点12.5，t2低于20(实际为16.7)，t3高于12.5]

【解析】(1) 已知:①C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2 ΔH1=akJ/mol；②2H2(g)+O2(g)=2H2O(1) ΔH2=bkJ/mol；③H2O(1)=H2O(g) ΔH3=ckJ/mol；根据盖斯定律，将②×3+③×4-①得：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) ΔH=(3b+4c-a )kJ/mol，故答案为：3b+4c-a；

(2)①A.根据图像，CO2平衡转化率随温度升高而降低，说明升高温度，平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，故A错误；B.根据方程式2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)，增大氢碳比()，可以提高CO2的平衡转化率，故B正确；C.根据A的分析，ΔH＜0，温度升高，平衡逆向移动，乙烯的产率降低，故C错误；D.升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，则平衡常数:K(M)>K(N)，故D正确；E.根据图像，为提高CO2的平衡转化率，工业生产中应在300℃温度下合成乙烯，温度太低，催化剂的活性较低，反应速率太慢，故E错误；故选BD；

②设参与反应的二氧化碳的物质的量为3n，则氢气为9n，根据反应2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)可知，CO2的平衡转化率为2/3，平衡时n(CO2)=n mol，n(H2)=3nmol，n(C2H4)=nmol，n (H2O)=4nmol，平衡体系中乙烯的体积分数=物质的量分数==，故答案为： ；

③根据图像，工业生产中压强一般控制在2.1~2.6MPa之间，是因为压强小于2.1MPa，CO2的平衡转化率较小；压强大于2.6MPa，CO2的平衡转化率提高幅度较小，运行成本增加，故答案为：压强小于2.1MPa，CO2的平衡转化率较小;压强大于2.6MPa，CO2的平衡转化率提高幅度较小，运行成本增加；

(3) 设参与反应的二氧化碳的物质的量为3mol，则氢气为9mol，起始时混合气体的平均相对分子质量(M)= =12.5；300℃时，CO2的平衡转化率为2/3，根据反应2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)可知，平衡时n(CO2)=1mol，n(H2)=3mol，n(C2H4)=1mol，n (H2O)=4mol，混合气体的平均相对分子质量(M)= =16.67；t2时将容器体积瞬间扩大至2L并保持不变，平衡逆向移动，气体的物质的量增大，但小于12mol，新平衡时混合气体的平均相对分子质量(M)减小，但大于12.5，容器内混合气体的平均相对分子质量(M)随时间(t)变化的图像为 [起点12.5，t2低于20(实际为16.7)，t3高于12.5]，故答案为： [起点12.5，t2低于20(实际为16.7)，t3高于12.5]。