Question

【题目】CCUS是一种二氧化碳的捕获、利用与封存的技术，这种技术可将CO2资源化，产生经济效益。请回答下列问题：

（1）利用废气中的CO2为原料可制取甲醇。一定条件下，在恒容密闭容器中发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。

①已知：H2(g)、CH3OH(1)的燃烧热(△H)分别为-285.8kJmol-1和-726.5kJmol-1；CH3OH(1)=CH3OH (g) △H=+35.2kJmol-1；H2O(1)=H2O(g) △H=+44kJmol-1。

则CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=___kJmol-1。有利于提高H2平衡转化率的条件是___(填选项字母)。

A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压

②某温度下，向体积为2L的容器中充入6molH2、4molCO2，发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，达到平衡时H2的转化率为50%，其平衡常数为___ (保留两位小数)。

③起始条件(T1℃、2L密闭容器)如表所示：

	CO2/mol	H2/mol	CH3OH/mol	H2O/mol
I(恒温恒容)	2	6	0	0
II(绝热恒容)	0	0	2	2

达到平衡时，该反应的平衡常数：K(I)___K(Ⅱ)(填“>”“<”或“=”，下同)；平衡时CH3OH的浓度：c(I)___c(Ⅱ)。

（2）CO2可用来合成低碳烯烃：2CO2(g)+6H2(g)CH2=CH2(g)+4H2O(g) △H=-127.8 kJmol-1。0.1MPa下，按n(CO2)︰n(H2)=1︰3的投料比充入体积固定的密闭容器中，发生上述反应，不同温度(T)下平衡时的四种气态物质的体积分数(φ)如图所示：

①曲线b、c表示的物质分别为___、___(填化学式)。

②保持温度不变，在体积为VL的恒容容器中以n(CO2)︰n(H2)=2︰3的投料比加入反应物，t0时达到化学平衡。t1时将容器体积瞬间扩大至2VL并保持不变，t2时重新达到平衡。请在图中画出容器内混合气体的平均相对分子质量M随时间的变化趋势图象___。

Answer 1

【答案】-51.7 B 0.05 < < H2O CO2

【解析】

（1）①依据盖斯定律进行分析；

②依据平衡常数的表达式计算；

③依据升高温度平衡向吸热方向移动，降低温度平衡向放热方向移动，根据移动方向判断平衡常数的大小；

(2)依据参与反应的物质的量之比等于化学计量数之比进行分析；

反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可由表示氢气燃烧热的热化学方程式的3倍减去表示甲醇燃烧热的热化学方程式再加上CH3OH(1)=CH3OH (g) △H=+35.2kJmol-1；H2O(1)=H2O(g) 得到，根据盖斯定律，其反应热应等于

-285.8kJmol-1×3-（-726.5kJmol-1）+ 35.2kJmol-1+44kJmol-1 =-51.7kJmol-1；

因此该反应的正反应是放热反应，低温有利于提高平衡转化率，该反应的正反应是气体减少的反应，高压有利于提高平衡转化率；

故答案为：；B；

平衡时的转化率为，即氢气减少了3mol，则二氧化碳减少了1mol，生成甲醇和水各1mol，因此平衡时、、、的浓度分别为、、、，平衡常数为；

故答案为：；

正反应放热，逆反应吸热，因容器Ⅱ是从逆反应开始的，因此绝热容器中的温度会降低，而放热反应的平衡常数随温度降低是增大的，因此Ⅱ；

如果温度相同体积相同，两个容器的平衡状态是完全一样的，但平衡容器Ⅱ的温度低，降低温度，平衡会向右移动，因此平衡时的浓度：Ⅱ，故答案为：；；

正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，因此减少的是乙烯和水，但水的减少量要大于乙烯，因此b是水，d是乙烯；平衡逆向移动，增加的是二氧化碳和氢气，氢气的变化量要大于二氧化碳，因此a是氢气，c是二氧化碳；故答案为：；；

气体的总质量不变，因此平均相对分子质量和气体的总的物质的量呈反比，起始到时刻，反应向右，气体的物质的量减小，则平均相对分子质量增大，时刻到时刻，处于平衡状态，混合气体的平均相对分子质量不变，时将容器体积瞬间扩大至2VL并保持不变，时重新达到平衡，压强减小，平衡逆向移动，气体的物质的量增大，则平均相对分子质量减小，时刻之后，处于平衡状态，混合气体的平均相对分子质量不变，因此容器内混合气体的平均相对分子质量M随时间的变化图象为；故答案为：。