Question

【题目】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）△H1=a kJmol﹣1CO（g）+H2O （g）═CO2（g）+H2 （g）△H2=b kJmol﹣1
2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H3=c kJmol﹣1
反应CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g） 的△H=kJmol﹣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：CO2+H2CO+H2O△H＞0，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、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，

催化剂组分质量分数（%）	CuO	0	25	50	75	100
	ZnO	100	75	50	25	0
到达平衡所需时间（h）		2.5	7.4	8.1	12	无催化活性

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△S0（填：“＞”或“＜”）
②对于气体反应，用某组分（B）的平衡压强（pB）代替物质的量浓度（cB）也可以表示平衡常数（记作KP），则该反应的KP= ．
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

【答案】
（1）（a+2b﹣2c）
（2）不是；b、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
（3）3600；使用单组分ZnO时反应速率虽然快，但是由图3可知，二氧化碳转化率、甲醇的产率都过低，实际生产中没有意义，故不采用
（4）＜；；增大压强；提高氢气和二氧化碳物质的量的比值
【解析】解：（1）已知：①CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H1=a kJmol﹣1②CO（g）+H2O （g）═CO2（g）+H2 （g）△H2=b kJmol﹣1
③2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H3=c kJmol﹣1 ，
根据盖斯定律，①+②×2﹣2×③可得：CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g），则△H=（a+2b﹣2c）kJmol﹣1 ，
所以答案是：（a+2b﹣2c）；（2）①催化剂只能改变反应速率，不能改变化学平衡，所以不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下达平衡时CO2的转化率相同，故a点所代表的状态不是平衡状态，
所以答案是：不是；
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；
所以答案是：b、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；（3）①由图可知，在3600h﹣时，二氧化碳转化率最大，甲醇产量最大，流动速率高会消耗能量，故最佳流动速率为3600h﹣ ，
所以答案是：3600；
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，
所以答案是：使用单组分ZnO时反应速率虽然快，但是由图3可知，二氧化碳转化率、甲醇的产率都过低，实际生产中没有意义，故不采用；
③由图可知，在t0时改变一个条件，使曲线Ⅰ变成曲线Ⅱ，反应速率加快，不影响平衡移动，不可能是升高温度，且改变条件浓度也不变，不可能是增大压强，可能是加入催化剂，
所以答案是：加入催化剂；（4）①反应是气体物质的量减小的反应，混乱度减小，则△S＜0，所以答案是：＜；
②该反应的Kp等于各产物平衡分压系数次方的乘积和各个反应物平衡分压系数次方乘积的比值，即KP= ，
所以答案是： ；
③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或提高氢气和二氧化碳物质的量的比值，
所以答案是：增大压强；提高氢气和二氧化碳物质的量的比值．
【考点精析】解答此题的关键在于理解化学平衡状态本质及特征的相关知识，掌握化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效），以及对化学平衡的计算的理解，了解反应物转化率=转化浓度÷起始浓度×100%=转化物质的量÷起始物质的量×100%；产品的产率=实际生成产物的物质的量÷理论上可得到产物的物质的量×100%．