Question

【題目】二氧化碳的捕集、利用與封存（CCUS）是我國能源領域的一個重要戰(zhàn)略方向，CCUS或許發(fā)展成一項重要的新興產(chǎn)業(yè)．
（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
反應CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g） 的△H=kJmol﹣1 ．
（2）利用廢氣中的CO2為原料制取甲醇，反應方程式為：CO2+3H2═CH3OH+H2O其他條件相同，該甲醇合成反應在不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反應相同時間后，CO2的轉化率隨反應溫度的變化如圖1所示． ①a點所代表的狀態(tài)（填“是”或“不是”）平衡狀態(tài)．
②c點CO2的轉化率高于b點，原因是 ．
（3）在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，隨著甲醇的生成，還伴隨有少量CO副產(chǎn)物出現(xiàn)：CO2+H2CO+H2O△H＞0，且CO2的轉化率、甲醇的產(chǎn)率和CO含量除受濃度、度、壓強等因素影響外，還受催化劑CuO的質量分數(shù)、氣體混合物在反應鍋爐內(nèi)的流動速率影響（用空間流率表示）．通過實驗分別得到如下數(shù)據(jù)圖2、①由圖2得，最佳空間流率為h﹣1； ②在其他條件不變的前提下調整催化劑配比，并記錄到達平衡所需的時間，得到如下表數(shù)據(jù)，

催化劑組分質量分數(shù)（%）	CuO	0	25	50	75	100
	ZnO	100	75	50	25	0
到達平衡所需時間（h）		2.5	7.4	8.1	12	無催化活性

試說明不選擇單組份ZnO原因是 ．
（4）用二氧化碳催化加氫來合成低碳烯烴，起始時以0.1MPa，n（H2）：n（CO2）=3：1的投料比充入反應器中，發(fā)生反應：2CO2（g）+6H2（g） C2H4（g）+4H2O（g）△H，不同溫度下平衡時的四種氣態(tài)物質的物質的量如圖4所示： ①該進行的反應的△S0（填：“＞”或“＜”）
②對于氣體反應，用某組分（B）的平衡壓強（pB）代替物質的量濃度（cB）也可以表示平衡常數(shù)（記作KP），則該反應的KP= ．
③為提高CO2的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是（列舉2項）．

Answer 1

【答案】
（1）（a+2b﹣2c）
（2）不是；b、c點均未達到平衡狀態(tài)，c點溫度高，反應速率較快，故CO2的轉化率較大
（3）3600；使用單組分ZnO時反應速率雖然快，但是由圖3可知，二氧化碳轉化率、甲醇的產(chǎn)率都過低，實際生產(chǎn)中沒有意義，故不采用
（4）＜；；增大壓強；提高氫氣和二氧化碳物質的量的比值
【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 ，
根據(jù)蓋斯定律，①+②×2﹣2×③可得：CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g），則△H=（a+2b﹣2c）kJmol﹣1 ，
所以答案是：（a+2b﹣2c）；（2）①催化劑只能改變反應速率，不能改變化學平衡，所以不同催化劑（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下達平衡時CO2的轉化率相同，故a點所代表的狀態(tài)不是平衡狀態(tài)，
所以答案是：不是；
②b、c點均未達到平衡狀態(tài)，c點溫度高，反應速率較快，故CO2的轉化率較大；
所以答案是：b、c點均未達到平衡狀態(tài)，c點溫度高，反應速率較快，故CO2的轉化率較大；（3）①由圖可知，在3600h﹣時，二氧化碳轉化率最大，甲醇產(chǎn)量最大，流動速率高會消耗能量，故最佳流動速率為3600h﹣ ，
所以答案是：3600；
②使用單組份ZnO時反應速率雖然最快，但是由圖3可知，CO2轉化率、CH3OH產(chǎn)率均過低實際生產(chǎn)中沒有意義，故不采用，
所以答案是：使用單組分ZnO時反應速率雖然快，但是由圖3可知，二氧化碳轉化率、甲醇的產(chǎn)率都過低，實際生產(chǎn)中沒有意義，故不采用；
③由圖可知，在t0時改變一個條件，使曲線Ⅰ變成曲線Ⅱ，反應速率加快，不影響平衡移動，不可能是升高溫度，且改變條件濃度也不變，不可能是增大壓強，可能是加入催化劑，
所以答案是：加入催化劑；（4）①反應是氣體物質的量減小的反應，混亂度減小，則△S＜0，所以答案是：＜；
②該反應的Kp等于各產(chǎn)物平衡分壓系數(shù)次方的乘積和各個反應物平衡分壓系數(shù)次方乘積的比值，即KP= ，
所以答案是： ；
③提高CO2的平衡轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強或提高氫氣和二氧化碳物質的量的比值，
所以答案是：增大壓強；提高氫氣和二氧化碳物質的量的比值．
【考點精析】解答此題的關鍵在于理解化學平衡狀態(tài)本質及特征的相關知識，掌握化學平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態(tài)平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效），以及對化學平衡的計算的理解，了解反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產(chǎn)品的產(chǎn)率=實際生成產(chǎn)物的物質的量÷理論上可得到產(chǎn)物的物質的量×100%．