【題目】科學家研究出一種以天然氣為燃料的燃燒前捕獲系統(tǒng),其簡單流程如圖所示(條件及物質(zhì)未標出)

(1)已知:CH4、CO、H2的燃燒熱分別為890.3 kJ·mol1、283.0 kJ·mol1、285.8 kJ·mol1,則上述流程中第一步反應2CH4(g)O2(g)===2CO(g)4H2(g)ΔH______________。

(2)工業(yè)上可用H2CO2制備甲醇,其反應方程式為CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g),某溫度下,將1 mol CO23 mol H2充入體積不變的2 L密閉容器中,發(fā)生上述反應,測得不同時刻反應前后的壓強關(guān)系如下表:

時間/h

1

2

3

4

5

6

0.90

0.85

0.83

0.81

0.80

0.80

①用H2表示前2 h 的平均反應速率v(H2)_________________________________;

②該溫度下,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為________。

(3)300 ℃、8 MPa下,將CO2H2按物質(zhì)的量之比13 通入一密閉容器中發(fā)生(2)中反應,達到平衡時,測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%,則該反應條件下的平衡常數(shù)為Kp________(用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù))

(4)CO2經(jīng)催化加氫可合成低碳烯烴:2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g) ΔH。在0.1 MPa時,按n(CO2)n(H2)13投料,如圖所示為不同溫度(T)下,平衡時四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量(n)關(guān)系。

①該反應的ΔH________0(”)。

②曲線c表示的物質(zhì)為_______。

③為提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率,除改變溫度外,還可采取的措施______________。(答出一條即可)

【答案】71.4 kJ·mol1 0.225 mol·L1·h1 40% < C2H4 加壓(或不斷分離出水蒸氣)

【解析】

(1)利用燃燒熱寫出熱化學方程式,再根據(jù)蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式;
(2)①反應速率v=計算得到;

②反應物轉(zhuǎn)化率=×100%

(3)三段式列式計算平衡時氣體物質(zhì)的量,壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比,計算得到各氣體的分壓,結(jié)合平衡常數(shù)概念計算;

(4)①由圖可知,升高溫度,氫氣物質(zhì)的量增大,說明平衡逆向移動,則正反應是放熱反應;

②升高溫度平衡逆向移動,a曲線隨著溫度升高,物質(zhì)的量增大,為二氧化碳,b、c隨著溫度升高其物質(zhì)的量降低,為生成物水、乙烯,但水的變化量大于乙烯;

③為提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率,除改變溫度外,還可采取的措施是增大壓強。

(1)101kPa下,CH4、COH2的燃燒熱(H)分別為890.3kJ/mol、283kJ/mol285.8kJ/mol,它們的熱化學反應方程式分別為:

CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)H=890.3kJ/mol;

CO(g)+ O2(g)═CO2(g)H=283kJ/mol;

H2(g)+ O2(g)═H2O(l)H=285.8kJ/mol;

根據(jù)蓋斯定律,由①×2×2×42CH4(g)+O2(g)═2CO(g)+4H2(g)H═[(890.3kJ/mol×2)(283kJ/mol)×2](285.8kJ/mol×4)=71.4kJ/mol;

(2)①設(shè)反應的二氧化碳物質(zhì)的量為x,氣體壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比,

P后:P=(42x)(1+3) =0.85,解得:x=0.3mol,則用氫氣表示前2小時反應平均速率v(H2)==0.225mol/(Lh);

②反應達到平衡狀態(tài)時,二氧化碳反應物質(zhì)的量為y

P后:P=(42y)(1+3) =0.8,解得:y=0.4mol該溫度下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率=×100%=40%;

(3)若反應條件為壓強8MPa,300℃的反應溫度下二氧化碳和氫氣按1:3的比例通入,測得二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率為50%,結(jié)合三段式列式計算,

分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù),物質(zhì)的量分數(shù)=,故P(CO2)=,P(H2)=,P(CH3OH)=,P(H2O)=Kp==(MPa)2;

(4)①由圖可知,升高溫度,氫氣物質(zhì)的量增大,說明平衡逆向移動,則正反應是放熱反應,故△H0;

②根據(jù)圖知,升高溫度,氫氣物質(zhì)的量增大,說明平衡逆向移動則正反應是放熱反應;a曲線隨著溫度升高,物質(zhì)的量增大,為二氧化碳,b、c隨著溫度升高其物質(zhì)的量降低,為生成物水、乙烯,但水的變化量大于乙烯,所以c曲線代表C2H4

③由曲線變化可知隨著溫度升高,氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多,說明升高溫度平衡逆向移動,則正反應放熱,該反應為氣態(tài)分子數(shù)減小的反應,為提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率,除改變溫度外,還可采取的措施是增大壓強,或不斷分離出水,平衡向右移動,H2的平衡轉(zhuǎn)化率增大。

練習冊系列答案
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A晶體中,Z的配位數(shù)為_______________;

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。

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