题目
合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题:-|||-(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的-|||-物质的量之比 ((C)_(2)(H)_(4)):n((H)_(2)O)= __ o-|||-当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4)-|||-__ (填"变大""变小"或"不变")。-|||-(2)理论计算表明,原料初始组成 (C(O)_(2)):n((H)_(2))=-|||-1:3,在体系压强为0.1MPa,反应达到平衡时,-|||-四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如-|||-图所示。-|||-0.7-|||-+-+-|||-0.6 +-+-+-|||-+-+--|||-0.5-|||-0.4 A-|||-+ --- -----|||-0.3| .h - "+"-|||-+-|||-0.2|-|||--+--|||-0.1-|||-a-|||-0-|||-390 450 510 570 630 690 750-|||-T/K-|||-图中,表示C2H4、CO 2变化的曲线分别是 __-|||-__ CO2催化加氢合成C2H4反应的 Delta H-|||-__ 0(填"大于"或"小于")。-|||-(3)根据图中点A(440K,0.39),计算该温度时反应-|||-的平衡常数 _(p)= __-|||-((MPa))^-3 (列出计算式。以分压表示,分压=总-|||-压x物质的量分数)。-|||-(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反-|||-应,生成C3H6、C 3H8、C4H8等低碳烃。一定温度-|||-和压强条件下,为了提高反应速率和乙烯选择-|||-性,应当 __ o
题目解答
答案
解析
步骤 1：确定反应方程式
CO2催化加氢生成乙烯和水的反应方程式为：$CO_{2} + 3H_{2} \rightarrow C_{2}H_{4} + H_{2}O$。根据方程式，产物乙烯和水的物质的量之比为1:1，但因为生成的水是通过氢气与二氧化碳反应生成的，所以氢气的物质的量是水的3倍，因此产物乙烯和水的物质的量之比为1:4。
步骤 2：分析压强对平衡的影响
当反应达到平衡时，若增大压强，平衡会向气体分子数减少的方向移动，即向生成乙烯和水的方向移动，因此n(C2H4)变大。
步骤 3：分析图中曲线
根据图中曲线的变化趋势，随着温度的升高，C2H4的物质的量分数增加，而CO2的物质的量分数减少，因此表示C2H4、CO2变化的曲线分别是d和c。由于随着温度的升高，C2H4的物质的量分数增加，说明反应是放热反应，因此CO2催化加氢合成C2H4反应的$\Delta H$小于0。
步骤 4：计算平衡常数
根据图中点A(440K,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数${K}_{p}=\dfrac{p(C_{2}H_{4})\times p(H_{2}O)^{4}}{p(CO_{2})\times p(H_{2})^{3}}$。其中，$p(C_{2}H_{4})=0.39\times 0.1MPa$，$p(H_{2}O)=0.39\times 0.1MPa$，$p(CO_{2})=0.39\times 0.1MPa$，$p(H_{2})=\dfrac{0.39}{3}\times 0.1MPa$。因此，${K}_{p}=\dfrac{0.39\times 0.1\times (0.39\times 0.1)^{4}}{0.39\times 0.1\times (\dfrac{0.39}{3}\times 0.1)^{3}\times (0.1)^{3}}=\dfrac{9}{4}\times \dfrac{1}{{0.039}^{3}}$。
步骤 5：提高反应速率和乙烯选择性
为了提高反应速率和乙烯选择性，应当选择合适的催化剂，以提高反应速率和乙烯的选择性。
CO2催化加氢生成乙烯和水的反应方程式为：$CO_{2} + 3H_{2} \rightarrow C_{2}H_{4} + H_{2}O$。根据方程式，产物乙烯和水的物质的量之比为1:1，但因为生成的水是通过氢气与二氧化碳反应生成的，所以氢气的物质的量是水的3倍，因此产物乙烯和水的物质的量之比为1:4。
步骤 2：分析压强对平衡的影响
当反应达到平衡时，若增大压强，平衡会向气体分子数减少的方向移动，即向生成乙烯和水的方向移动，因此n(C2H4)变大。
步骤 3：分析图中曲线
根据图中曲线的变化趋势，随着温度的升高，C2H4的物质的量分数增加，而CO2的物质的量分数减少，因此表示C2H4、CO2变化的曲线分别是d和c。由于随着温度的升高，C2H4的物质的量分数增加，说明反应是放热反应，因此CO2催化加氢合成C2H4反应的$\Delta H$小于0。
步骤 4：计算平衡常数
根据图中点A(440K,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数${K}_{p}=\dfrac{p(C_{2}H_{4})\times p(H_{2}O)^{4}}{p(CO_{2})\times p(H_{2})^{3}}$。其中，$p(C_{2}H_{4})=0.39\times 0.1MPa$，$p(H_{2}O)=0.39\times 0.1MPa$，$p(CO_{2})=0.39\times 0.1MPa$，$p(H_{2})=\dfrac{0.39}{3}\times 0.1MPa$。因此，${K}_{p}=\dfrac{0.39\times 0.1\times (0.39\times 0.1)^{4}}{0.39\times 0.1\times (\dfrac{0.39}{3}\times 0.1)^{3}\times (0.1)^{3}}=\dfrac{9}{4}\times \dfrac{1}{{0.039}^{3}}$。
步骤 5：提高反应速率和乙烯选择性
为了提高反应速率和乙烯选择性，应当选择合适的催化剂，以提高反应速率和乙烯的选择性。