Question

【题目】2019年国际非政府组织“全球碳计划”12月4日发布报告：研究显示，全球二氧化碳排放量增速趋于缓。CO2的综合利用是解决温室问题的有效途径。

（1）一种途径是将CO2转化为成为有机物实现碳循环。如：

C2H4 (g) + H2O (l) = C2H5OH (l) ΔH＝-44.2 kJ·mol－1

2CO2(g) + 2H2O (l) =C2H4 (g) +3O2(g) ΔH＝+1411.0 kJ·mol－1

2CO2(g) + 3H2O (l) = C2H5OH (l) + 3O2(g) ΔH＝___________

（2）CO2甲烷化反应是由法国化学家Paul Sabatier 提出的，因此，该反应又叫Sabatier反应。CO2催化氢化制甲烷的研究过程：

①上述过程中，产生H2反应的化学方程式为：___________________________________。

②HCOOH是CO2转化为CH4的中间体：CO2 HCOOH CH4。当镍粉用量增加10倍后，甲酸的产量迅速减少，当增加镍粉的用量时，CO2镍催化氢化制甲烷的两步反应中反应速率增加较大的一步是_______________（填I或II）

（3）CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有两个竞争反应：

反应I：CO2(g) + 4H2 (g)CH4 (g) +2H2O(g)

反应II：2CO2(g) + 6H2 (g)C2H4 (g) +4H2O(g)

在1L密闭容器中冲入1molCO2和4molH2,测得平衡时有关物质的物质的量随温度变化如图所示。T1℃时，CO2的转化率为_________。T1℃时，反应I的平衡常数K=_______。

（4）已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为2CO2(g) + 6H2 (g)C2H5OH (g) +4H2O(g) ΔH，m代表起始时的投料比，即m=.

①图1中投料比相同，温度T3>T2>T1,则ΔH_____（填“>”或“<”）0.

②m=3时，该反应达到平衡状态后p(总）=20ɑ MPa ,恒压条件下各物质的物质的量分数与温度的关系如图2.则曲线b代表的物质为_______（填化学式）

Answer 1

【答案】+1366.8kJ·mol－1 3Fe+4H2O(g)4H2+Fe3O4 Ⅱ < CO2

【解析】

（1）①C2H4 (g) + H2O (l) = C2H5OH (l) ΔH＝-44.2kJ·mol－1

②2CO2(g) + 2H2O (l) =C2H4 (g) +3O2(g) ΔH＝+1411.0kJ·mol－1，根据盖斯定律，①+②得：2CO2(g) + 3H2O (l) = C2H5OH (l) + 3O2(g)，求焓变；

（2）①根据流程图可知反应物为：Fe、H2O，生成物为：H2、Fe3O4；

②当镍粉用量增加10倍后，甲酸的产量在迅速减少，说明甲酸的消耗速率大于其生成速率，因此说明反应Ⅱ的速率要比反应Ⅰ的速率增加得快；。

（3）1L容器，T1℃时，根据三段是：

求出CO2的转化率、反应I的平衡常数K；

（4）①根据图示，温度越高，H2转化率越低，说明正反应为放热反应；

②温度升高，反应逆向进行，所以产物的物质的量是逐渐减少的，反应物的物质的量增大，由图可知，曲线a代表的物质为H2，b表示CO2，c为H2O，d为C2H5OH。

（1）①C2H4 (g) + H2O (l) = C2H5OH (l) ΔH＝-44.2kJ·mol－1

②2CO2(g) + 2H2O (l) =C2H4 (g) +3O2(g) ΔH＝+1411.0kJ·mol－1，根据盖斯定律，①+②得：2CO2(g) + 3H2O (l) = C2H5OH (l) + 3O2(g) ΔH＝+1366.8 kJ·mol－1，故答案为：+1366.8kJ·mol－1；

（2）①根据流程图可知反应物为：Fe、H2O，生成物为：H2、Fe3O4，则化学方程式为：3Fe+4H2O(g)4H2+Fe3O4，故答案为：3Fe+4H2O(g)4H2+Fe3O4；

②当镍粉用量增加10倍后，甲酸的产量在迅速减少，说明甲酸的消耗速率大于其生成速率，因此说明反应Ⅱ的速率要比反应Ⅰ的速率增加得快，故答案为：Ⅱ；

（3）1L容器，T1℃时，根据三段是：

CO2的转化率为；平衡时，c(CO2)=0.4mol/L，c(H2)=2mol/L ，c(CH4)=0.2mol/L ，c(H2O)=1.2mol/L ，则

T1℃时，反应I的平衡常数，故答案为：；；

（4）①根据图示，温度越高，H2转化率越低，说明正反应为放热反应，△H＜0，故答案为：＜；

②温度升高，反应逆向进行，所以产物的物质的量是逐渐减少的，反应物的物质的量增大，由图可知，曲线a代表的物质为H2，b表示CO2，c为H2O，d为C2H5OH，故答案为：CO2。