Question

CO₂可作为合成低碳烯烃的原料加以利用。如：

2CO₂(g)＋6H₂(g)CH₂＝CH₂(g)＋4H₂O(g)    ΔH＝ a kJ·mol^－1

如图所示为在体积为1 L的恒容容器中，投料为3 mol H₂和1 mol CO₂时，测得的温度对CO₂的平衡转化率和催化剂催化效率的影响。

已知：H₂和CH₂＝CH₂的标准燃烧热分别是－285.8 kJ·mol^－1和－1411.0 kJ·mol^－1。

H₂O(g) H₂O(l)  ΔH＝－44 kJ·mol^－1

请回答：

（1）a＝            kJ·mol^－1。

（2）上述由CO₂合成CH₂＝CH₂的反应在        下自发（填“高温”或“低温”），理由是             。

（3）计算250 ℃时该反应平衡常数的数值K=            。

（4）下列说法正确的是            。

a．平衡常数大小：M＞N

b．反应物活化分子百分数大小：M＞N

c．其他条件不变，若不使用催化剂，则250℃时CO₂的平衡转化率可能位于点M₁

d．其他条件不变，若投料改为4 mol H₂和1 mol CO₂时，则250℃时CO₂的平衡转化率可能位于点M₂

e．当压强、混合气体的密度或n(H₂)/n(CO₂)不变时均可视为化学反应已达到平衡状态

（5）保持某温度（大于100℃）不变，在体积为V L的恒容容器中以n(H₂)∶n(CO₂)＝3∶1的投料比加入反应物，至t₀时达到化学平衡。t₁时将容器体积瞬间扩大至2V L并保持不变，t₂时重新达平衡。作出容器内混合气体的平均相对分子质量随时间变化的图像。

Answer

（1）－127.8（2）低温，该反应的ΔH＜0，ΔS＜0（3）0.088（或）（4）a、d（5）如图，起点坐标为（0，12.5），t0达平衡时应在区间（12.5，20），t2达平衡时应大于12.5。

【解析】

试题分析：（1）H2的标准燃烧热的热化学方程式为： ①；CH2＝CH2的标准燃烧热的热化学方程式为： ②；H2O(g)H2O(l) ΔH＝－44 kJ·mol－1 ③；根据盖斯定律可知，①×6-②-③×4可得：2CO2(g)＋6H2(g)CH2＝CH2(g)＋4H2O(g) ΔH＝-285.8×6+1411 +44×4=-127.8kJ·mol－1；（2）由CO2合成CH2＝CH2的反应ΔH＜0，ΔS＜0，根据复合判据ΔG=ΔH-TΔS＜0时，反应自发进行，因此低温时自发进行；（3）由图可知，250 ℃时，CO2的平衡转化率为50%，因此：

2CO2＋6H2CH2＝CH2＋4H2O

起始浓度（mol/L） 1 3 0 0

转化浓度（mol/L） 0.5 1.5 0.25 1.0

平衡浓度（mol/L） 0.5 1.5 0.25 1.0

平衡常数；

（4）a.由于该反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热的逆向移动，平衡常数减小，因此由于温度M＜N，因此平衡常数M＞N，故a正确；b.温度越高，反应速率越快，反应物活化分子百分数越大，由于温度M＜N，因此反应物活化分子百分数M＜N,b错误；c.其他条件不变，若不使用催化剂，投料比不变，由于温度相同，平衡常数不变，因此同一种物质的转化率相同，故250℃时CO2的平衡转化率不可能位于点M2，c错误；d.其他条件不变，若投料改为4 mol H2和1 mol CO2时，由于温度不变，因此平衡常数不变。

2CO2＋6H2CH2＝CH2＋4H2O

起始浓度（mol/L） 1 4 0 0

转化浓度（mol/L） 2a 6a a 4a

平衡浓度（mol/L） 1-2a 4-6a a 4a

平衡常数，经计算可知，250℃时CO2的平衡转化率可能位于点M2，故d正确；e.恒容条件下，由于该反应为气体分子数减小的反应，因此当压强不变时，可以证明化学反应达到平衡状态；而由于混合气体的质量不变，容器的容积不变，，密度一直保持不变，因此密度不变不能证明反应达到平衡状态；若投料比满足n(H2)/n(CO2)=3:1，则自始至终，n(H2)/n(CO2)=3:1，因此n(H2)/n(CO2)不变时不能证明反应达到平衡状态，e错误。故答案a、d。

（5）初始状态，加入的n(H2)∶n(CO2)＝3∶1，因此平均相对分子质量=2×0.75+44×0.25=12.5，因此起点坐标为（0，12.5）；若该反应进行到底，即H2和CO2全部转化为CH2＝CH2和H2O，则产物的物质的量之比为n(CH2＝CH2)：n(H2O)=1:4，此时混合气体的平均相对分子质量为=28×0.2+18×0.8=20，因此t0达平衡时 应在区间（12.5，20）；t1时将容器体积瞬间扩大至2V L并保持不变，平衡逆向移动，混合气体的平均相对分子质量减小，但是t2达平衡时 应大于12.5。由此可以做出图像。

考点：考查化学平衡的移动及平衡常数的计算。