Question

【題目】合理的利用吸收工業(yè)產(chǎn)生的廢氣CO2可以減少污染，變廢為寶。

(1)用CO2可以生產(chǎn)燃料甲醇。

①寫出甲醇的官能團名稱____________。

已知：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(l) △H=-49.0kJmol-1；一定條件下，向體積固定為1 L的密閉容器中充入1mol CO2和3mol H2 ，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化曲線如下圖所示。

②反應開始至第3分鐘時，反應速率v(H2)＝________mol/(L·min)。

③該條件下，該反應的平衡常數(shù)表達式為________，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率是________；

(2)用CO2合成二甲醚(CH3OCH3)。

①CO2 催化加氫合成二甲醚的過程中主要發(fā)生下列反應：

反應I：CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) H= +41.2 kJmol-1

反應II: 2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g) H = - 122.5 kJmol-1

其中，反應II 分以下a、b兩步完成，請寫出反應a的熱化學方程式。

a．_________

b．2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g) H = -23.5 kJmol-1

②L(L1、L2)、X分別代表壓強或溫度，下圖表示L一定時，反應II中二甲醚的平衡產(chǎn)率隨X變化的關(guān)系，其中X代表的物理量是______。判斷L1、L2的大小，并簡述理由：________。

(3) 恒壓時，在CO2和H2起始量一定的條件下，CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時CH3OCH3的選擇性(CH3OCH3的選擇性=)隨溫度變化如下圖。

①t℃時，起始投入a molCO2，b mol H2，達到平衡時反應II消耗的H2的物質(zhì)的量為______mol。

②溫度高于300℃，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大的原因是_________。

Answer 1

【答案】羥基 0.5 75% CO2(g) + 3H2 (g)CH3OH(g) + H2O(g) H = - 49.5 kJmol-1 溫度 L1>L2。反應II是氣體化學計量數(shù)減少的反應，當溫度一定時，增大壓強，平衡正向移動，二甲醚平衡產(chǎn)率增大 3a×40%×76% 反應I的H＞0，反應II的H＜0 ，溫度升高使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升，使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降，且上升幅度超過下降幅

【解析】

(1)①甲醇的結(jié)構(gòu)簡式是CH3OH；

②根據(jù)υ=計算

③轉(zhuǎn)化率=；

(2) ①根據(jù)蓋斯定律計算反應a的熱化學方程式；

②2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g)正反應放熱，升高溫度，平衡逆向移動；2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g)正反應氣體系數(shù)和減小，增大壓強，平衡正向移動；

(3) ①根據(jù)CH3OCH3的選擇性=計算反應II消耗的H2的物質(zhì)的量；

②反應I的H＞0，溫度升高使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升；

(1)①甲醇的結(jié)構(gòu)簡式是CH3OH，甲醇含有官能團的名稱是羥基；

②根據(jù)圖象，反應開始至第3分鐘時，CO2濃度變化量是0.5mol/L，則氫氣濃度變化量是1.5mol/L，υ=0.5 mol/(L·min)；

③該條件下，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)反應的平衡常數(shù)表達式為，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率=75%；

(2) ①反應II: 2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g) H = - 122.5 kJmol-1；

根據(jù)蓋斯定律(II-b)× 得CO2(g) + 3H2 (g)CH3OH(g) + H2O(g) H= - 49.5 kJmol-1；

②2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g)正反應放熱，升高溫度，平衡逆向移動；2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(g)正反應氣體系數(shù)和減小，增大壓強，平衡正向移動；由圖象可知，隨X的增大，CH3OCH3的產(chǎn)率減小，說明平衡逆向移動，所以X表示溫度；則L1、L2分別代表不同壓強下CH3OCH3的產(chǎn)率，反應II是氣體化學計量數(shù)減少的反應，當溫度一定時，增大壓強，平衡正向移動，二甲醚平衡產(chǎn)率增大，則L1>L2；

(3) CH3OCH3的選擇性=，t℃時，CH3OCH3的選擇性是76%，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則=76%，CH3OCH3的物質(zhì)的量是 mol，反應II消耗的H2的物質(zhì)的量是=3a×40%×76%；

②反應I的H＞0，反應II的H＜0 ，溫度升高使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升，使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降，且上升幅度超過下降幅，所以溫度高于300℃，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大。