Question

6．CO₂可作為合成低碳烯烴的原料加以利用．如：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H=a kJ•mol^-1
如圖1所示為在體積為1L的恒容容器中，投料為3mol H₂和1mol CO₂時(shí)，測(cè)得的溫度對(duì)CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率和催化劑催化效率的影響．
已知：H₂和CH₂=CH₂的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別是-285.8kJ•mol^-1和-1411.0kJ•mol^-1．
H₂O（g）?H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1
請(qǐng)回答：
（1）a=-127.8kJ•mol^-1．
（2）上述由CO₂合成CH₂=CH₂的反應(yīng)在低溫下自發(fā)（填“高溫”或“低溫”），理由是該反應(yīng)的△H＜0，△S＜0．
（3）計(jì)算250℃時(shí)該反應(yīng)平衡常數(shù)的數(shù)值K=0.088．
（4）下列說法正確的是ad．
a．平衡常數(shù)大小：M＞N
b．反應(yīng)物活化分子百分?jǐn)?shù)大�。篗＞N
c．其他條件不變，若不使用催化劑，則250℃時(shí)CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率可能位于點(diǎn)M₁
d．其他條件不變，若投料改為4mol H₂和1mol CO₂時(shí)，則250℃時(shí)CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率可能位于點(diǎn)M₂
e．當(dāng)壓強(qiáng)、混合氣體的密度或$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$不變時(shí)均可視為化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)
（5）保持某溫度（大于100℃）不變，在體積為V L的恒容容器中以n（H₂）：n（CO₂）=3：1的投料比加入反應(yīng)物，至t₀時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡．t₁時(shí)將容器體積瞬間擴(kuò)大至2V L并保持不變，t₂時(shí)重新達(dá)平衡．作出容器內(nèi)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量隨時(shí)間變化的圖象2．

Answer 1

分析 （1）H₂的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂?H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1；
CH₂=CH₂的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：②CH₂=CH₂（g）+3O₂?2CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1411.0kJ•mol^-1；
③H₂O（g）?H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律可知，①×6-②-③×4可得2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）；
（2）△H-T△S＜0時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
（3）由圖可知，250℃時(shí)CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，利用三段式求出平衡時(shí)的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
（4）a．該反應(yīng)正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，升高溫度逆向移動(dòng)；
b．溫度越高，反應(yīng)物活化分子百分?jǐn)?shù)越大；
c．根據(jù)圖象分析；
d．增大H₂的量，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率增大；
e．混合氣體的質(zhì)量不變，體積不變，所以混合氣體的密度始終不變；
（5）反應(yīng)前混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量=$\frac{44×2+2×6}{2+6}$=12.5，隨著反應(yīng)進(jìn)行，氣體的物質(zhì)的量減小，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量增大，至t₀時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡，t₁時(shí)將容器體積瞬間擴(kuò)大至2V L，平衡向逆方向移動(dòng)，t₂時(shí)重新達(dá)平衡．

解答 解：（1）H₂的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂?H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1 ；
CH₂=CH₂的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：②CH₂=CH₂（g）+3O₂?2CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1411.0kJ•mol^-1；
③H₂O（g）?H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律可知，①×6-②-③×4可得2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）
△H=6（-285.8kJ•mol^-1 ）-（-1411.0kJ•mol^-1）-4（-44kJ•mol^-1）=-127.8kJ/mol；
故答案為：-127.8；
（2）由CO₂合成CH₂=CH₂的反應(yīng)，2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）△H=-127.8kJ/mol，該反應(yīng)△H＜0，△S＜0，△H-T△S＜0時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，所以低溫下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
故答案為：低溫；該反應(yīng)的△H＜0，△S＜0；
（3）由圖可知，250℃時(shí)CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₂=CH₂（g）+4H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1 3 0 0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）：0.5 1.5 0.25 1.0
平衡濃度（mol/L）：0.5 1.5 0.25 1.0
平衡常數(shù)K=$\frac{1．{0}^{4}×0.25}{0．{5}^{2}×1．{5}^{6}}$=0.088；
故答案為：0.088；
（4）a．該反應(yīng)正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，升高溫度逆向移動(dòng)，N點(diǎn)的溫度大于M點(diǎn)，所以M點(diǎn)反應(yīng)向正方向進(jìn)行的程度大，即平衡常數(shù)大�。篗＞N，故a正確；
b．溫度越高，反應(yīng)物活化分子百分?jǐn)?shù)越大，N點(diǎn)的溫度高，所以反應(yīng)物活化分子百分?jǐn)?shù)大�。篗＜N，故b錯(cuò)誤；
c．由圖象可知，其他條件不變，若不使用催化劑，則250℃時(shí)CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率可能位于點(diǎn)M，故c錯(cuò)誤；
d．增大H₂的量，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率增大，所以其他條件不變，若投料改為4mol H₂和1mol CO₂時(shí)，則250℃時(shí)CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率可能位于點(diǎn)M₂，故d正確；
e．混合氣體的質(zhì)量不變，體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能根據(jù)混合氣體的密度來判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故e錯(cuò)誤；
故答案為：a、d；
（5）反應(yīng)前混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量=$\frac{44×2+2×6}{2+6}$=12.5，所以起點(diǎn)坐標(biāo)為（0，12.5），隨著反應(yīng)進(jìn)行，氣體的物質(zhì)的量減小，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量增大，至t₀時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡，若全部轉(zhuǎn)化為CH₂=CH₂和H₂O平均相對(duì)分子質(zhì)量=$\frac{28+18×4}{1+4}$=20，則t₀達(dá)平衡時(shí)$\overline{M}$應(yīng)在區(qū)間（12.5，20），t₁時(shí)將容器體積瞬間擴(kuò)大至2V L，平衡向逆方向移動(dòng)，t₂時(shí)重新達(dá)平衡，平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，t₂達(dá)平衡時(shí) $\overline{M}$應(yīng)大于12.5，所以圖象為，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查本題考查了蓋斯定律、化學(xué)平衡移動(dòng)的影響因素、化學(xué)平衡計(jì)算等，注意把握蓋斯定律的應(yīng)用方法、三段式在化學(xué)平衡計(jì)算中的靈活應(yīng)用是解題的關(guān)鍵，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力、計(jì)算能力和畫圖能力，題目難點(diǎn)中等．