二氧化碳催化加*合成乙烯是綜合利用CO2的熱點研究領域。回答下列問題:(1)CO2催化加*生成乙烯和水的反應中...
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問題詳情:
二氧化碳催化加*合成乙烯是綜合利用CO2的熱點研究領域。回答下列問題:
(1)CO2催化加*生成乙烯和水的反應中,產物的物質的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=__________。當反應達到平衡時,若增大壓強,則n(C2H4)___________(填“變大”“變小”或“不變”)。
(2)理論計算表明,原料初始組成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在體系壓強為0.1MPa,反應達到平衡時,四種組分的物質的量分數x隨溫度T的變化如圖所示。
圖中,表示C2H4、CO2變化的曲線分別是______、______。CO2催化加*合成C2H4反應的ΔH______0(填“大於”或“小於”)。
(3)根據圖中點A(440K,0.39),計算該溫度時反應的平衡常數Kp=_________(MPa)−3(列出計算式。以分壓表示,分壓=總壓×物質的量分數)。
(4)二氧化碳催化加*合成乙烯反應往往伴隨副反應,生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烴。一定溫度和壓強條件下,為了提高反應速率和乙烯選擇*,應當___________________。
【回答】
(1). 1∶4 (2). 變大 (3). d (4). c (5). 小於 (6). 或等 (7). 選擇合適催化劑等
【解析】
【分析】
根據質量守恆定律配平化學方程式,可以確定產物的物質的量之比。根據可逆反應的特點分析增大壓強對化學平衡的影響。根據物質的量之比等於化學計量數之比,從圖中找到關鍵資料確定代表各組分的曲線,並計算出平衡常數。根據催化劑對化反應速率的影響和對主反應的選擇*,工業上通常要選擇合適的催化劑以提高化學反應速率、減少副反應的發生。
【詳解】(1)CO2催化加*生成乙烯和水,該反應的化學方程式可表示為2CO2+6H2 ⇌ CH2 = CH2+4H2O,因此,該反應中產物的物質的量之比n(C2H4):n(H2O)=1:4。由於該反應是氣體分子數減少的反應,當反應達到平衡狀態時,若增大壓強,則化學平衡向正反應方向移動,n(C2H4)變大。
(2) 由題中資訊可知,兩反應物初始投料之比等於化學計量數之比;由圖中曲線的起點座標可知,c和a所表示的物質的物質的量分數之比為1:3、d和b表示的物質的物質的量分數之比為1:4,則結合化學計量數之比可以判斷,表示乙烯變化的曲線是d,表示二氧化碳變化曲線的是c。由圖中曲線的變化趨勢可知,升高溫度,乙烯的物質的量分數減小,則化學平衡向逆反應方向移動,則該反應為放熱反應,∆H小於0。
(3) 原料初始組成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在體系壓強為0.1Mpa建立平衡。由A點座標可知,該溫度下,*氣和水的物質的量分數均為0.39,則乙烯的物質的量分數為水的四分之一,即,二氧化碳的物質的量分數為*氣的三分之一,即,因此,該溫度下反應的平衡常數(MPa)-3=(MPa)-3。
(4)工業上通常通過選擇合適催化劑,以加快化學反應速率,同時還可以提高目標產品的選擇*,減少副反應的發生。因此,一定溫度和壓強下,為了提高反應速率和乙烯的選擇*,應當選擇合適的催化劑。
【點睛】本題確定圖中曲線所代表的化學物質是難點,其關鍵在於明確物質的量的分數之比等於各組分的物質的量之比,也等於化學計量數之比(在初始投料之比等於化學計量數之比的前提下,否則不成立)。
知識點:大學聯考試題
題型:綜合題
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