Question

“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了全世界的普遍重视。所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。

(1)已知：① CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)    ΔH＝－41 kJ·mol^－1

② C(s)+2H₂(g)CH₄(g)   ΔH＝－73 kJ·mol^－1

③ 2CO(g)C(s)+CO₂(g)    ΔH＝－171 kJ·mol^－1

写出CO₂与H₂反应生成CH₄和H₂O(g)的热化学方程式                 。

(2)将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：

2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)

已知一定条件下，该反应中CO₂的平衡转化率随温度、投料比[n(H₂)/n(CO₂)]的变化曲线如下左图：

①在其他条件不变时，请在上图中画出平衡时CH₃OCH₃的体积分数随投料比[n(H₂)/n(CO₂)]变化的曲线图。

②某温度下，将2.0 mol CO₂(g)和6.0 mol H₂(g)充入容积为2L的密闭容器中，反应到达平衡时，改变压强和温度，平衡体系中CH₃OCH₃(g)的物质的量分数变化情况如下图所示，关于温度和压强的关系判断正确的是           。

A. P₃>P₂，T₃>T₂              B. P₁>P₃，T₁>T₃

C. P₂>P₄，T₄>T₂              D. P₁>P₄，T₂>T₃

(3)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题。已知等体积的CO和水蒸气进入反应器时，会发生如下反应：CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)，该反应平衡常数随温度的变化如下表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

该反应的平衡常数的表达式为：

该反应的正反应方向是         反应(填“吸热”或“放热”)，若在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的浓度均为0.020 mol·L^-1，在该条件下CO的平衡转化率为               。

Answer

(1)CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH＝－162 kJ·mol－1

(2)①；② B D

(3)K=；放热；75%

【解析】

试题分析：(1)已知：①CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)△H=-41kJ•mol-1，

②C(s)+2H2(g)CH4(g)△H=-73kJ•mol-1，

③2CO(g)C(s)+CO2(g)△H=-171kJ•mol-1，根据盖斯定律，③-①×2+②得：

CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H=-162 kJ•mol-1，

故答案为：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)△H=-162 kJ•mol-1；

(2)①CH3OCH3的体积分数随投料比[n(H2)/n(CO2)]的增大而增大，当体积比是3的时候，甲醚的体积分数最大，由极限法可知，投料比无限增大，虽然二氧化碳的转化率增大，但混合气体总体积无限大，而二甲醚的体积无限接近二氧化碳的一半，二甲醚的体积分数减小，故二甲醚的体积分数与投料比的关系为：，故答案为：；

②由图3可知，温度一定时，平衡时二甲醚的物质的量分数：P1＞P2＞P3＞P4，而该反应正反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，二甲醚的物质的量分数增大，故压强：P1＞P2＞P3＞P4；由图1可知，投料比[n(H2)/n(CO2)]一定时，温度越高，平衡时二氧化碳的转化率越高，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，二甲醚的物质的量分数减小，而压强一定时，平衡时二甲醚的物质的量分数：T1＜T2＜T3＜T4，故温度：T1＞T2＞T3＞T4，故选：BD；

(3)反应：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡常数表达式K=；由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，说明升高温度平衡向，逆反应方向移动，则正反应为放热反应；设CO的浓度变化量为xmol/L，则：

CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)

开始(mol/L)：0.02 0.02 0 0

转化(mol/L)： x x x x

平衡(mol/L)：0.02-x 0.02-x x x

则=9，解得x=0.015，故CO的转化率为×100%=75%，故答案为：；放热；75%。

【考点定位】考查化学平衡的计算；热化学方程式的书写；化学平衡的影响因素

【名师点晴】本题考查热化学方程式书写、化学平衡图象及影响因素、化学平衡计算等，(2)中作图为易错点，注意利用极限法判断二甲醚的体积分数变化情况，注意平衡常数在化学计算中的应用。