Question

二氧化碳是常见的温室气体，其回收利用是环保领域研究的热点课题。

Ⅰ.CO₂可以与H₂反应合成C₂H₄，该转化分两步进行：

第一步：CO₂(g)＋H₂(g)CO(g)+H₂O(g)    △H=+41.3kJ·mol^-1

第二步：2CO(g)＋4H₂(g)C₂H₄(g)+2H₂O(g)    △H=–210.5kJ·mol^-1

（1）CO₂与H₂反应反应合成乙烯的热化学方程式为___。

（2）一定条件下的密闭容器中，要提高CO₂合成乙烯的转化率，可以采取的措施是____（填标号）。

①减小压强   ②增大H₂的浓度   ③加入适当催化剂   ④分离出H₂O(g)

（3）己知温度对CO₂合成乙烯的平衡转化率及催化剂的催化效率的影响如图所示，下列说法正确的是____（填标号）。

①N点的速率最大

②M点的平衡常数比N点的平衡常数大

③温度低于250℃时，随温度升高乙烯的平衡产率增大

④实际反应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO₂的转化率

Ⅱ.研究表明CO₂和H₂在一定条件下可以合成甲醇，反应方程式为CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)[反应①]。一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入2.0mo1CO₂和4.0molH₂，在不同催化剂作用下合成甲醇，相同时间内CO₂的转化率随温度变化如图所示：

（4）催化效果最佳的是催化剂____(填“A”、“B”或“C”)。

（5）T₂温度下，若反应进行10min达到图中a点状态，用CO₂的浓度表示的反应速率v(CO₂)=____。

（6）图中b点已达平衡状态，则该温度下反应的平衡常数K=____。

（7）在某催化剂作用下，CO₂和H₂除发生反应①外，还发生如下反应：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)[反应②]。维持压强不变，按固定初始投料比将CO₂和H₂按一定流速通过该催化剂，经过相同时间测得如下实验数据：

T(K)	CO2实际转化率（%）	甲醇选择性（%）
543	12.3	42.3
553	15.3	39.1

注：甲醇的选择性是指发生反应的CO₂中转化为甲醇的百分比。表中数据说明，升高温度CO₂的实际转化率提高而甲醇的选择性降低，其原因是____。

Answer

2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H=–127.9kJ·mol-1 ②④ ② A 0.06mol·L-1·min-1 112.5 升高温度，反应①②的反应速率均加快，但反应②的反应速率变化更大

【解析】

Ⅰ⑴根据盖斯定律进行计算。

⑵①减小压强，向体积增大即逆向移动，转化率减小；②增大H2的浓度，平衡正向移动，二氧化碳转化率增大；③加入适当催化剂，加快反应速率，平衡不移动，转化率不变；④分离出H2O(g)，平衡正向移动，二氧化碳转化率增大。

⑶①N点温度高，但催化效率低，因此N的速率不一定最大；②从M点到N点，温度升高，平衡逆向移动，因此M点的平衡常数比N点的平衡常数大；③温度低于250℃时，随温度升高，平衡逆向移动，乙烯的平衡产率减小；④实际反应尽可能在较低的温度下进行，平衡正向进行，虽然提高CO2的转化率，但催化剂的活性，反应速率减小，经济效率低。

Ⅱ⑷在T1温度下，相同时间内，催化剂A转化率最大。

⑸根据转化率和速率公式进行计算CO2的浓度表示的反应速率。

⑹建立三段式，再进行计算平衡常数。

⑺表中数据说明，升高温度，可能升高温度，反应①②的反应速率均加快，但反应②的反应速率变化更大。

Ⅰ⑴将第一个方程式乘以2加第二个方程式，得到CO2与H2反应反应合成乙烯的热化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) △H=－127.9kJ·mol-1；故答案为：2CO2(g) + 6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) △H=－127.9kJ·mol-1。

⑵①减小压强，向体积增大即逆向移动，转化率减小，故①不符合题意；②增大H2的浓度，平衡正向移动，二氧化碳转化率增大，故②符合题意；③加入适当催化剂，加快反应速率，平衡不移动，转化率不变，故③不符合题意；④分离出H2O(g)，平衡正向移动，二氧化碳转化率增大，故④符合题意；综上所述，答案为：②④。

⑶①N点温度高，但催化效率低，因此N的速率不一定最大，故①错误；②从M点到N点，温度升高，平衡逆向移动，因此M点的平衡常数比N点的平衡常数大，故②正确；③温度低于250℃时，随温度升高，平衡逆向移动，乙烯的平衡产率减小，故③错误；④实际反应尽可能在较低的温度下进行，平衡正向进行，虽然提高CO2的转化率，但催化剂的活性，反应速率减小，经济效率低，故④错误；综上所述，答案为：②。

Ⅱ⑷在T1温度下，相同时间内，催化剂A转化率最大，因此催化效果最佳的是催化剂；故答案为A。

⑸T2温度下，若反应进行10min达到图中a点状态，用CO2的浓度表示的反应速率；故答案为：0.06mol·L-1·min-1。

⑹图中b点已达平衡状态，转化率为60%，

则该温度下反应的平衡常数；故答案为：112.5。

⑺表中数据说明，升高温度，可能升高温度，反应①②的反应速率均加快，但反应②的反应速率变化更大，而此甲醇的选择性降低，其原因是升高温度，反应①②的反应速率均加快，但反应②的反应速率变化更大。