Question

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．

（1）已知：①CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)   △H₁=-820kJ/mol

②CO(g)+H₂O(g)=CO₂(g)+H₂(g)    △H₂=-41.2kJ/mol

②2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)    △H₃=-566kJ/mol

则反应的CO₂(g)+CH₄(g)2CO(g)+2H₂(g)的△H=___________。

（2）工业上，可利用太阳能以CO₂为原料制取C，其原理如下图所示：

整个过程中__________（填“Fe₃O₄”或“FeO”）是反应的催化剂。重整系统中发生的反应为6FeO+CO₂2Fe₂O₃+C，每生成1molFe₃O₄，转移电子的物质的量为____________。

（3）CO₂还可用于合成甲醇，其热化学方程式为：CO₂(g)+H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)  △H<0

①该反应的平衡常数表达式为____。

②在恒容的密闭容器中，加入H₂和CO₂的混合气体，不同温度条件，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数甲(CH₃OH)如图所示。图中A、B、C、D、E五个点对应的状态中，处于平衡状态的是 _______  （填字母），B点和E点的反应速率大小关系为v(B)            v(E)（填“>”、“<”、“=”）。

③一定温度下，在甲、乙两个容积相同的密闭容器中，加入H₂和CO₂的混合气体。

容器	甲	乙
反应物投入量	1molCO2、3molH2	amolCO2、bmolH2、cmolCH3OH(g)、cmolH2O(g)

甲容器平衡后气体的压强为开始时的80%，要使乙容器达平衡时与甲容器达到相同的平衡状态，且起始时反应逆向进行，则c的取值范围为___________。

Answer

（1）+229.6（2分）；（2）FeO （1分）；2mol（2分）；（3）①（2分）；

②C、D、E（2分）； ＜（1分）；③0.4＜c ≤1（2分）

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律可知，将①+(②－③)×2，整理可得CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)故ΔH＝ΔH1+ΔH2×2－ΔH3×2＝+229.6 kJ•mol－1；（2）重整系统中发生的反应为6FeO+CO22Fe3O4+C，热分解系统发生的反应为2Fe3O46FeO+O2↑，总反应为CO2=C+ O2，故FeO为催化剂。重整系统中的反应电子转移为4e－，故生成lmol Fe3O4转移电子的物质的量为2mol。（3）①由反应的化学方程式及化学平衡常数的定义式可得该反应的化学平衡常数表达式为；②根据图像可知在不同温度条件下，反应相同时间后，温度低时，反应未达平衡，故温度较高时，反应速率较快，甲醇的体积分数较大；到C点之后，反应达平衡，由于正反应是放热反应，升高温度，化学平衡逆向移动，使甲醇的体积分数减小。所以C、D、E对应的点处于平衡状态。无论反应是否平衡状态，温度越高，反应速率越大，故ν(B)＜ν(E)。③根据题意可知甲、乙达到的平衡是等效平衡，先计算甲中平衡时各物质的物质的量，在恒温恒容时，气体的物质的量的比等于压强的比。设甲中二氧化碳的 物质的量减少x，则

CO2(g) +3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g)

开始（mol） 1 3 0 0

转化（mol） x 3x x x

平衡（mol） 1-x 3-3x x x

根据题意，(1-x)+(3-3x)+x+x=0.8×(1+3)mol，解得x=0.4mol，因为乙是从逆反应开始的，所以c>0.4mol，又因为二者是等效平衡，将甲的反应物完全转化为生成物时，甲醇的物质的量是1mol，水蒸气的物质的量是1mol，所以c ≤1mol，因此c的取值范围是0.4＜c ≤1。

考点：考查盖斯定律的应用、化学平衡常数表达式的书写、化学平衡状态的判断及有关等效平衡的有关知识。