研究CO、CO2在一定條件下與H2催化合成CH4等有機化工產(chǎn)品,對實現(xiàn)“碳中和”目標具有重要的意義。在一定條件下CO(g)與H2(g)可發(fā)生如下反應(yīng):
反應(yīng)Ⅰ:CO(g)+3H2(g)?CH4(g)+H2O(g)△H1=-206.4kJ?mol-1
反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+4H2(g)?CH4(g)+2H2O(g)△H2
反應(yīng)Ⅲ:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H3=+41.2kJ?mol-1
(1)部分物質(zhì)的標準生成焓數(shù)據(jù)如表所示:
物質(zhì) |
CO(g) |
H2(g) |
CH4(g) |
H2O(g) |
標準生成焓/(kJ?mol-1) |
-110 |
0 |
-74.6 |
x |
則x=
-241.8
-241.8
;△H
2=
-165.2
-165.2
kJ?mol
-1。
(2)一定溫度范圍內(nèi)反應(yīng)I和反應(yīng)Ⅱ的lgK
p-
的線性關(guān)系如圖1所示。
①依據(jù)圖像,可知T
1℃時,反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)K
p3=
1
1
。
②圖中v
正(A)
>
>
(填“>”、“<”或“=”)v
逆(B)。
(3)①恒溫(323K)恒壓(p)條件下,在密閉容器中起始時按n(H
2):n(CO
2)=1:1投料進行反應(yīng)(僅發(fā)生反應(yīng)Ⅱ和反應(yīng)Ⅲ),CO
2初始分壓分別為p
0-(a)MPa、p
0-(b)MPa、p
0-(c)MPa,測得CO
2的壓強轉(zhuǎn)化率α(CO
2)[已知:氣體A的壓強轉(zhuǎn)化率表示為α(A)=(1-
)×100%,p
0MPa為A的初始分壓,p
1MPa為某時刻A的分壓]與時間(t)的關(guān)系如圖2,則p
0-(a)、p
0-(b)、p
0-(c)由大到小的順序為
p0-(a)>p0-(c)>p0-(b)
p0-(a)>p0-(c)>p0-(b)
。
②在密閉容器中起始時按n(H
2):n(CO
2)=3:1投料,分別在壓強為1MPa和5MPa的恒壓下進行反應(yīng)(兩壓強下均只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ和反應(yīng)Ⅲ)。恒壓條件下反應(yīng)溫度對平衡體積分數(shù)δ(x)[x為CO或CH
4,δ(x)=
×100%]的影響如圖3所示。
則在1MPa時,表示CH
4和CO的平衡體積分數(shù)隨溫度變化關(guān)系的曲線依次是
b
b
(填“a”、“b”、“c”或“d”,下同)和
c
c
;在T℃、一定壓強下,反應(yīng)在M點達到化學平衡,平衡時CH
4的分壓p(CH
4)=
0.125
0.125
MPa,反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)K
p=
2.4
2.4
。