题目
我国在应对气候变化工作中取得显著成效，并向国际社会承诺2030年实现“碳达峰”，2060年实现“碳中和”。因此将CO2转化为高附加值化学品成为科学家研究的重要课题。Ⅰ．已知利用CO2合成甲醇过程中主要发生以下反应：主反应Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1副反应Ⅱ：C(O)_(2)（g）+(H)_(2)（g）⇌CO（g）+(H)_(2)O（g）Δ(H)_(2)=+41.2kJ•mo(l)^-1（1）已知：CO（g）+2(H)_(2)（g）⇌C(H)_(3)OH（g）Δ(H)_(3)=-90.6kJ•mo(l)^-1，则ΔH1为 ____ 。（2）在恒温恒压（1.8MPa，400℃）下，CO2和H2按体积比1：3分别在普通反应器（A）和分子筛膜催化反应器（B）中反应，测得相关数据如下表所示。 反应器 CO2平衡转化率 甲醇的选择性 达到平衡时间/s 普通反应器（A） 25.0% 80.0% 10.0 分子筛膜催化反应器（B） α＞25.0% 100.0% 8.0 已知：ⅰ．分子筛膜催化反应器（B）具有催化反应、分离出部分水蒸气的双重功能；i．CH3OH的选择性=(n(（C{H)_(3)OH）}_(生成))/(n(（C{O)_{2)）}_(消耗)}×100%。①在普通反应器（A）中，下列能作为反应（主反应和副反应）达到平衡状态的判据是 ____ （填标号）。A．体系压强不再变化B．气体的密度不再改变C．v正（CO2）=3v逆（H2）D．各物质浓度比不再改变②在分子筛膜催化反应器（B）中，CO2的平衡转化率明显高于普通反应器（A），可能的原因是 ____ 。③若普通反应器（A）中初始时n（CO2）=1mol，则平衡时CO与H2O的物质的量之比为 ____ 。（3）不同条件下，按照n（CO2）：n（H2）=1：3投料，CO2的平衡转化率如图所示。85-|||-80-|||-75-|||-70-|||-65-|||-60 →p1-|||-→P2 (500,60)-|||-55-|||-△P3-|||-0 100 200 300 400 500600 700 800 900 1000-|||-^circ C①在p1压强下，200～550℃时反应以 ____ （填“Ⅰ”或“Ⅱ”）为主，压强p1、p2、p3由大到小的顺序是 ____ 。②压强为p2时，温度高于660℃之后，随着温度升高CO2平衡转化率增大的原因是 ____ 。Ⅱ．近年来，有研究人员用CO2通过电催化生成多种燃料如乙烯、甲醇等，实现CO2的回收利用。（4）酸性电解质溶液中乙烯燃料电池的负极反应方程式为 ____ 。
我国在应对气候变化工作中取得显著成效，并向国际社会承诺2030年实现“碳达峰”，2060年实现“碳中和”。因此将CO2转化为高附加值化学品成为科学家研究的重要课题。
Ⅰ．已知利用CO2合成甲醇过程中主要发生以下反应：
主反应Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1
副反应Ⅱ：$C{O}_{2}（g）+{H}_{2}（g）⇌CO（g）+{H}_{2}O（g）Δ{H}_{2}=+41.2kJ•mo{l}^{-1}$
（1）已知：$CO（g）+2{H}_{2}（g）⇌C{H}_{3}OH（g）Δ{H}_{3}=-90.6kJ•mo{l}^{-1}$，则ΔH1为 ____ 。
（2）在恒温恒压（1.8MPa，400℃）下，CO2和H2按体积比1：3分别在普通反应器（A）和分子筛膜催化反应器（B）中反应，测得相关数据如下表所示。
已知：ⅰ．分子筛膜催化反应器（B）具有催化反应、分离出部分水蒸气的双重功能；
i．CH3OH的选择性=$\frac{n{（C{H}_{3}OH）}_{生成}}{n{（C{O}_{2}）}_{消耗}}×100%$。
①在普通反应器（A）中，下列能作为反应（主反应和副反应）达到平衡状态的判据是 ____ （填标号）。
A．体系压强不再变化
B．气体的密度不再改变
C．v正（CO2）=3v逆（H2）
D．各物质浓度比不再改变
②在分子筛膜催化反应器（B）中，CO2的平衡转化率明显高于普通反应器（A），可能的原因是 ____ 。
③若普通反应器（A）中初始时n（CO2）=1mol，则平衡时CO与H2O的物质的量之比为 ____ 。
（3）不同条件下，按照n（CO2）：n（H2）=1：3投料，CO2的平衡转化率如图所示。
①在p1压强下，200～550℃时反应以 ____ （填“Ⅰ”或“Ⅱ”）为主，压强p1、p2、p3由大到小的顺序是 ____ 。
②压强为p2时，温度高于660℃之后，随着温度升高CO2平衡转化率增大的原因是 ____ 。
Ⅱ．近年来，有研究人员用CO2通过电催化生成多种燃料如乙烯、甲醇等，实现CO2的回收利用。
（4）酸性电解质溶液中乙烯燃料电池的负极反应方程式为 ____ 。
Ⅰ．已知利用CO2合成甲醇过程中主要发生以下反应：
主反应Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1
副反应Ⅱ：$C{O}_{2}（g）+{H}_{2}（g）⇌CO（g）+{H}_{2}O（g）Δ{H}_{2}=+41.2kJ•mo{l}^{-1}$
（1）已知：$CO（g）+2{H}_{2}（g）⇌C{H}_{3}OH（g）Δ{H}_{3}=-90.6kJ•mo{l}^{-1}$，则ΔH1为 ____ 。
（2）在恒温恒压（1.8MPa，400℃）下，CO2和H2按体积比1：3分别在普通反应器（A）和分子筛膜催化反应器（B）中反应，测得相关数据如下表所示。
| 反应器 | CO2平衡转化率 | 甲醇的选择性 | 达到平衡时间/s |
| 普通反应器（A） | 25.0% | 80.0% | 10.0 |
| 分子筛膜催化反应器（B） | α＞25.0% | 100.0% | 8.0 |
i．CH3OH的选择性=$\frac{n{（C{H}_{3}OH）}_{生成}}{n{（C{O}_{2}）}_{消耗}}×100%$。
①在普通反应器（A）中，下列能作为反应（主反应和副反应）达到平衡状态的判据是 ____ （填标号）。
A．体系压强不再变化
B．气体的密度不再改变
C．v正（CO2）=3v逆（H2）
D．各物质浓度比不再改变
②在分子筛膜催化反应器（B）中，CO2的平衡转化率明显高于普通反应器（A），可能的原因是 ____ 。
③若普通反应器（A）中初始时n（CO2）=1mol，则平衡时CO与H2O的物质的量之比为 ____ 。
（3）不同条件下，按照n（CO2）：n（H2）=1：3投料，CO2的平衡转化率如图所示。
①在p1压强下，200～550℃时反应以 ____ （填“Ⅰ”或“Ⅱ”）为主，压强p1、p2、p3由大到小的顺序是 ____ 。
②压强为p2时，温度高于660℃之后，随着温度升高CO2平衡转化率增大的原因是 ____ 。
Ⅱ．近年来，有研究人员用CO2通过电催化生成多种燃料如乙烯、甲醇等，实现CO2的回收利用。
（4）酸性电解质溶液中乙烯燃料电池的负极反应方程式为 ____ 。
题目解答
答案
解：（1）由盖斯定律，副反应Ⅱ+已知反应可得主反应Ⅰ：ΔH1=+41.2kJ/mol-90.6kJ/mol=-49.4kJ/mol，
故答案为：-49.4kJ/mol；
（2）①A．在恒温恒压下进行反应，则混合气体的压强一直保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；
B．在恒温恒压下进行反应，气体体积为变量，而气体质量不变，则气体的密度为变量，当气体的密度不再改变，达到平衡状态，故B正确；
C．反应速率比等于系数比，v正（CO2）=3v逆（H2）不能说明正逆反应速率相等，不能判断达到平衡状态，故C错误；
D．各物质浓度比是一变量，当其不再改变时说明反应达到平衡状态，故D正确；
故答案为：BD；
②分子筛膜具有分离部分H2O的功能，c（H2O）减小，根据勒夏特列原理，平衡正向移动，导致在反应器（B）中的平衡转化率明显高于反应器（A），
故答案为：分子筛膜具有分离出部分H2O（g）的功能，c（H2O）减小，根据勒夏特列原理，平衡正向移动；
③恒温恒压下，体积之比等于物质的量之比，按体积比1：3投料，反应器（A）中初始时，二氧化碳为1mol，则氢气为3mol，由表知，二氧化碳平衡转化率为25.0%，则反应二氧化碳0.25mol，甲醇的选择性为80.0%，则生成甲醇0.25mol×80%=0.2mol，列三段式：
$\begin{array}{c}\end{array}$
$\begin{array}{c}\end{array}$ CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）
起始量/mol 1 3 0 0
转化量/mol 0.2 0.6 0.2 0.2
平衡量/mol 0.2
CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）
起始量/mol 0 0
转化量/mol 0.25-0.2 0.05 0.05 0.05
平衡量/mol 0.75 2.35 0.05 0.25
平衡时CO与H2O的物质的量之比为0.05：0.25=1：5，
故答案为：1：5；
（3）①在p1压强下，反应Ⅰ是放热反应，反应Ⅱ是吸热反应，升高温度，反应Ⅰ的平衡向逆反应方向移动，200～550℃时CO2的平衡转化率减小，说明反应由逆向移动，即反应以I为主；反应Ⅰ为气体体积减小的反应、反应Ⅱ为气体体积不变的反应，增大压强，反应Ⅰ向正反应方向移动、反应Ⅱ不移动，二氧化碳的转化率增大，由图可知，温度低于550℃时，压强为P3、P2、P1对应二氧化碳的转化率依次减小，则P3＞P2＞P1，
故答案为：I；p3＞p2＞p1；
②压强为p2时，温度高于660℃之后，随着温度升高CO2平衡转化率增大的原因是：反应Ⅰ是放热反应，反应Ⅱ是吸热反应，温度高于660℃之后，温度对反应Ⅱ的影响大于对反应Ⅰ的影响，反应转化率主要由反应Ⅱ决定，
故答案为：反应Ⅰ是放热反应，反应Ⅱ是吸热反应，温度高于660℃之后，温度对反应Ⅱ的影响大于对反应Ⅰ的影响，反应转化率主要由反应Ⅱ决定；
（4）酸性电解质溶液中乙烯燃料电池的负极上乙烯失电子生成二氧化碳，1mol乙烯转移12mol电子，由电荷守恒可知生成物还有12mol H+，负极的反应方程式为C2H4+4H2O-12e-=2CO2+12H+，
故答案为：C2H4+4H2O-12e-=2CO2+12H+。
故答案为：-49.4kJ/mol；
（2）①A．在恒温恒压下进行反应，则混合气体的压强一直保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；
B．在恒温恒压下进行反应，气体体积为变量，而气体质量不变，则气体的密度为变量，当气体的密度不再改变，达到平衡状态，故B正确；
C．反应速率比等于系数比，v正（CO2）=3v逆（H2）不能说明正逆反应速率相等，不能判断达到平衡状态，故C错误；
D．各物质浓度比是一变量，当其不再改变时说明反应达到平衡状态，故D正确；
故答案为：BD；
②分子筛膜具有分离部分H2O的功能，c（H2O）减小，根据勒夏特列原理，平衡正向移动，导致在反应器（B）中的平衡转化率明显高于反应器（A），
故答案为：分子筛膜具有分离出部分H2O（g）的功能，c（H2O）减小，根据勒夏特列原理，平衡正向移动；
③恒温恒压下，体积之比等于物质的量之比，按体积比1：3投料，反应器（A）中初始时，二氧化碳为1mol，则氢气为3mol，由表知，二氧化碳平衡转化率为25.0%，则反应二氧化碳0.25mol，甲醇的选择性为80.0%，则生成甲醇0.25mol×80%=0.2mol，列三段式：
$\begin{array}{c}\end{array}$
$\begin{array}{c}\end{array}$ CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）
起始量/mol 1 3 0 0
转化量/mol 0.2 0.6 0.2 0.2
平衡量/mol 0.2
CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）
起始量/mol 0 0
转化量/mol 0.25-0.2 0.05 0.05 0.05
平衡量/mol 0.75 2.35 0.05 0.25
平衡时CO与H2O的物质的量之比为0.05：0.25=1：5，
故答案为：1：5；
（3）①在p1压强下，反应Ⅰ是放热反应，反应Ⅱ是吸热反应，升高温度，反应Ⅰ的平衡向逆反应方向移动，200～550℃时CO2的平衡转化率减小，说明反应由逆向移动，即反应以I为主；反应Ⅰ为气体体积减小的反应、反应Ⅱ为气体体积不变的反应，增大压强，反应Ⅰ向正反应方向移动、反应Ⅱ不移动，二氧化碳的转化率增大，由图可知，温度低于550℃时，压强为P3、P2、P1对应二氧化碳的转化率依次减小，则P3＞P2＞P1，
故答案为：I；p3＞p2＞p1；
②压强为p2时，温度高于660℃之后，随着温度升高CO2平衡转化率增大的原因是：反应Ⅰ是放热反应，反应Ⅱ是吸热反应，温度高于660℃之后，温度对反应Ⅱ的影响大于对反应Ⅰ的影响，反应转化率主要由反应Ⅱ决定，
故答案为：反应Ⅰ是放热反应，反应Ⅱ是吸热反应，温度高于660℃之后，温度对反应Ⅱ的影响大于对反应Ⅰ的影响，反应转化率主要由反应Ⅱ决定；
（4）酸性电解质溶液中乙烯燃料电池的负极上乙烯失电子生成二氧化碳，1mol乙烯转移12mol电子，由电荷守恒可知生成物还有12mol H+，负极的反应方程式为C2H4+4H2O-12e-=2CO2+12H+，
故答案为：C2H4+4H2O-12e-=2CO2+12H+。