化学
CO2和CH4是两种主要的温室气体，以CH4和CO2为原料制造更高价值的化学产品是用来缓解温室效应的研究方向，回答下列问题：（1）由CO2制取C的太阳能工艺如图1所示．①“热分解系统”发生的反应为2Fe3O4  >2300K  .   6F

2019-04-20

CO2和CH4是两种主要的温室气体，以CH4和CO2为原料制造更高价值的化学产品是用来缓解温室效应的研究方向，回答下列问题：
（1）由CO2制取C的太阳能工艺如图1所示．
作业帮
①“热分解系统”发生的反应为2Fe3O4
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6FeO+O2↑，每分解lmolFe3O4转移电子的物质的量为___．
②“重整系统”发生反应的化学方程式为___．
（2）一定条件下，CO2和CH4反应可生产合成气（CO、H2的混合气体），其可用于合成多种液体燃料．
已知：
CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H2=-802.3kJ•mol-1
CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H2=-41.0kJ•mol-1
2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H2=-566.0kJ•mol-1
反应CO2（g）+CH4（g）⇌2CO（g）+2H2（g）的△H=___kJ•mol-1
（3）CH4也可经催化剂重整生产化工原料，最近科学家们在恒温恒容的密闭体系中利用CH4无氧重整获得芳香烃：8CH4（g）
2MPa，550℃
Pt
H2C-作业帮-CH3（g）+11H2△H=kJ•mol-1．
下列有关该反应的说法中正确的是___．
A、可研发新的催化剂，提高CH4的转化率
B、当体系压强不变时，反应达到平衡
C、当有32molC-H键断裂，同时有11molH-H键断裂，反应达到平衡
D、达到平衡时，放出（或吸收）的热量为mkJ
（4）CO2催化加氢可合成低碳烯烃，起始时在0.1MPa下，以n（H2）：n（CO2）=3：1的投料比例将反应物放入反应器中，发生反应：2CO2（g）+6H2（g）⇌C2H4（g）+4H2O（g）△H，保持压强不变，不同温度下，平衡时的四种气态物质的量如图2所示：
①曲线Ⅱ表示的物质为___（填化学式），该反应的△H___（填“>”或“<”）0．
②A、B两点对应的反应的反应速率v（A）、v（B）的大小关系为___．B、C两点对应温度下反应的平衡常数大小关系为K（B）___（填“>”“<”或“=”）K（C）
③为提高CO2平衡转化率，除改变温度外，还可以采取的措施是___．（举一种）
优质解答
（1）①反应2Fe3O4
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6FeO+O2↑中O元素化合价由-2价升高到0价，由方程式可知，2molFe3O4参加反应，生成1mol氧气，转移4mol电子，则每分解lmolFe3O4转移电子的物质的量为2mol，
故答案为：2mol；
②由示意图可知，重整系统中CO2和FeO反应生成Fe3O4和C，反应的方程式为6FeO+CO2
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2Fe3O4+C，故答案为：6FeO+CO2
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2Fe3O4+C；
（2）①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H2=-802.3kJ•mol-1
②CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H2=-41.0kJ•mol-1
③2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H2=-566.0kJ•mol-1
根据盖斯定律，由①+②×2-③×2得，CO2（g）+CH4（g）⇌2CO（g）+2H2（g）△H=[-802.3-2×41.0-（-566）×2]kJ•mol-1=+247.7KJ/mol，
故答案为：247.7；
（3）A、催化剂改变反应速率不改变化学平衡，不能提高CH4的转化率，故A错误；
B、反应前后气体体积增大，气体压强之比等于气体物质的量之比，气体压强不变，说明反应达到平衡状态，故B正确；
C、当有32molC-H键断裂，同时有11molH-H键断裂，说明正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，故C正确；
D、依据化学方程式分析，区别焓变和反应放出的热量，焓变是指8mol甲烷完全反应放出或吸收的热量为mkJ，故D错误；
故选BC；
（4）①根据题给图象知，平衡时氢气的物质的量随温度的升高而增大，则曲线a代表反应物CO2，曲线b、c表示生成物，又曲线b表示的物质平衡时物质的量大，结合方程式分析，曲线Ⅱ表示的物质为H2O，据题给图象知，平衡时氢气的物质的量随温度的升高而增大，平衡逆向移动，该反应的△H<0；
故答案为：H2O；<；
②温度越高，反应速率越大，B点温度高，所以A、B两点对应的反应的反应速率v（A）<v（B），依据①分析可知反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小，B点温度高平衡常数是小，B、C两点对应温度下反应的平衡常数大小关系为K（B）<K（C）；
故答案为：v（A）<v（B）；<；
③2CO2（g）+6H2（g）⇌C2H4（g）+4H2O（g），该反应为气体物质的量减小的放热反应，为提高CO2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是增大压强或增大n（H2）/n（CO2）的比值；
故答案为：增大压强或增大n（H2）/n（CO2）的比值． （1）①反应2Fe3O4
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6FeO+O2↑中O元素化合价由-2价升高到0价，由方程式可知，2molFe3O4参加反应，生成1mol氧气，转移4mol电子，则每分解lmolFe3O4转移电子的物质的量为2mol，
故答案为：2mol；
②由示意图可知，重整系统中CO2和FeO反应生成Fe3O4和C，反应的方程式为6FeO+CO2
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2Fe3O4+C，故答案为：6FeO+CO2
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2Fe3O4+C；
（2）①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H2=-802.3kJ•mol-1
②CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H2=-41.0kJ•mol-1
③2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H2=-566.0kJ•mol-1
根据盖斯定律，由①+②×2-③×2得，CO2（g）+CH4（g）⇌2CO（g）+2H2（g）△H=[-802.3-2×41.0-（-566）×2]kJ•mol-1=+247.7KJ/mol，
故答案为：247.7；
（3）A、催化剂改变反应速率不改变化学平衡，不能提高CH4的转化率，故A错误；
B、反应前后气体体积增大，气体压强之比等于气体物质的量之比，气体压强不变，说明反应达到平衡状态，故B正确；
C、当有32molC-H键断裂，同时有11molH-H键断裂，说明正逆反应速率相同，反应达到平衡状态，故C正确；
D、依据化学方程式分析，区别焓变和反应放出的热量，焓变是指8mol甲烷完全反应放出或吸收的热量为mkJ，故D错误；
故选BC；
（4）①根据题给图象知，平衡时氢气的物质的量随温度的升高而增大，则曲线a代表反应物CO2，曲线b、c表示生成物，又曲线b表示的物质平衡时物质的量大，结合方程式分析，曲线Ⅱ表示的物质为H2O，据题给图象知，平衡时氢气的物质的量随温度的升高而增大，平衡逆向移动，该反应的△H<0；
故答案为：H2O；<；
②温度越高，反应速率越大，B点温度高，所以A、B两点对应的反应的反应速率v（A）<v（B），依据①分析可知反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小，B点温度高平衡常数是小，B、C两点对应温度下反应的平衡常数大小关系为K（B）<K（C）；
故答案为：v（A）<v（B）；<；
③2CO2（g）+6H2（g）⇌C2H4（g）+4H2O（g），该反应为气体物质的量减小的放热反应，为提高CO2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是增大压强或增大n（H2）/n（CO2）的比值；
故答案为：增大压强或增大n（H2）/n（CO2）的比值．
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