Question

（15分）二氧化碳的捕集、利用与封存（CCUS）是我国能源领域的一个重要战略方向，CCUS或许发展成一项重要的新兴产业。

（1）已知：CH₄（g） + 2O₂（g）＝CO₂（g） + 2H₂O（g）  ΔH₁ ＝ a kJ•mol^－1

CO（g） + H₂O （g）＝CO₂（g） + H₂ （g）   ΔH₂ ＝ b kJ•mol^－1

2CO（g） + O₂（g）＝2CO₂（g）          ΔH₃ ＝ c kJ•mol^－1

反应CO₂（g） + CH₄（g） ＝ 2CO（g） + 2H₂（g） 的ΔH＝           kJ•mol^－1。

（2）利用废气中的CO₂为原料制取甲醇，反应方程式为：CO₂＋3H₂ CH₃OH＋H₂O其他条件相同，该甲醇合成反应在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反应相同时间后，CO₂的转化率随反应温度的变化如图１所示。

①a点所代表的状态________（填“是”或“不是”）平衡状态。

②c点CO₂的转化率高于b点，原因是_____________________________________。

（3）在实际生产中发现，随着甲醇的生成，还伴随有少量CO副产物出现：

，且CO₂的转化率、甲醇的产率和CO含量除受浓度、度、压强等因素影响外，还受催化剂CuO的质量分数、气体混合物在反应锅炉内的流动速率影响（用空间流率表示）。通过实验分别得到如下数据图2、3：

①由图2得，最佳空间流率为        h^-1；

②在其他条件不变的前提下调整催化剂配比，并记录到达平衡所需的时间，得到如下表数据，试说明不选择单组份ZnO原因是                             。

（4）用二氧化碳催化加氢来合成低碳烯烃，起始时以0.1MPa，n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比充入反应器中，发生反应：2CO₂（g）+6H₂（g） C₂H₄（g）+4H₂O（g）△H，不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图4所示：

①该进行的反应的△S      0（填：“>”或“<”）

②对于气体反应，用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度（c_B）也可以表示平衡常数（记作K_P），则该反应的K_P＝                 。

③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是               （列举2项）。

Answer

（1） a+2b－2c （２分）

（2）① 不是（2分）

②b、c点均未达到平衡状态，c点温度高，反应速率较快，故CO2的转化率较大（２分）

（3）①3600 （2分

② 使用单组份ZnO时反应速率虽然最快，但是由图3可知，CO2转化率、CH3OH产率均过低，实际生产中没有意义，故不采用（2分

（4）① <（1分） ②p（C2H4).p4（H2O)/p2（CO2).p6（H2)（2分）

③ 增大压强；提高n（H2)/n（CO2)比值（2分）

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律∆H=∆H1+2×∆H2—2∆H3=（a+2b－2c） kJ•mol－1。

（2）①催化剂只能改变化学反应速率，不能改变化学平衡，在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下达到平衡，CO2的转化率应相同，a点还未达到化学平衡。

②由图像可知，b点、c点均未达到平衡状态，c点温度大于b点，则c点反应速率大于b点，故c点CO2的转化率高于b点。

（3）①根据图2可知，空间流率达到3600 h-1时，甲醇的产率最大。

②根据表中数据，使用单组份ZnO时反应速率虽然最快，但是根据图4可知，CO2的转化率，CH3OH产率均过低，实际生产中没有意义，所以不选择单组份ZnO。

（4）①根据化学方程式可知，该反应正反应气体的系数减小，所以∆S<0。

②用某组分（B）的平衡压强（pB）表示平衡常数（记作KP），则该反应的KP＝p（C2H4).p4（H2O)/p2（CO2).p6（H2)。

③该反应的反应物是CO2和H2，如果增大H2的浓度，平衡向右移动，CO2的转化率提高，该反应正反应气体的系数减小，则增大压强，平衡向右移动，CO2的转化率提高，所以为提高CO2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是：增大压强、提高n（H2)/n（CO2)比值。

考点：本题考查盖斯定律的应用、化学反应速率、化学平衡、图像的分析。