Question

【題目】CCuS是一種二氧化碳的捕獲、利用與封存的技術(shù)，這種技術(shù)可將CO2資源化， 產(chǎn)生經(jīng)濟效益。CO2經(jīng)催化加氫可以生成低碳有機物，主要有以下反應(yīng)：

反應(yīng)I：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1=－49.8kJ·mol－1

反應(yīng)II：CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) △H2=＋23.4kJ·mol－1

反應(yīng)III：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3

（1）△H3=_____________kJ·mol－1

（2）恒溫恒容條件下，在密閉容器中通人等物質(zhì)的量的CO2和H2，發(fā)生反應(yīng)I。下列描述能說明反應(yīng)I達到平衡狀態(tài)的是_______(填序號）。

A.容器內(nèi)的混合氣體的密度保持不變B.反應(yīng)體系總壓強保持不變

C.CH3OH和CO2的濃度之比保持不變D.斷裂3NA個H-O鍵同時斷裂2NA個C=O鍵

（3）反應(yīng)II在某溫度下的平衡常數(shù)為0.25,此溫度下，在密閉容器中加人等物質(zhì)的量的 CH3OCH3(g)和H2O(g)，反應(yīng)到某時刻測得各組分濃度如下：

物質(zhì)	CH3OCH3(g)	H2O(g)	CH3OH(g)
濃度/mol·L－1	1.6	1.6	0.8

此時 ___（填“>”、“<”或“=”），當(dāng)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，混合氣體中CH3OH 體積分數(shù) V(CH3OH)%= _____%。

（4）在某壓強下，反應(yīng)III在不同溫度、不同投料比時，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示。T1溫度下，將6 mol CO2和12 mol H2充入3 L的密閉容器中，10 min后反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，則0-10 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率V(CH3OCH3)=____。

（5）恒壓下將CO2和氏按體積比1 ：3混合，在 不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)I和反應(yīng)III，在相同的時間段內(nèi)CH3OH的選擇性和產(chǎn)率隨溫度的變化如下圖。

其中：CH3OH的選擇性=×100%

①溫度高于230℃，CH3OH產(chǎn)率隨溫度升高而下降的原因是________。

②在上述條件下合成甲醇的工業(yè)條件是_________。

A. 230℃ B. 210℃ C.催化劑 CZT D.催化劑 CZ(Zr-1)T

Answer 1

【答案】-123.0 BCD = 20 反應(yīng)Ⅰ△H<0，溫度升高，使CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率下降 AD

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律計算；

（2）達到平衡狀態(tài)時，v正=v逆，容器內(nèi)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量等于以g/mol為單位的平均摩爾質(zhì)量，據(jù)此分析；

（3）計算濃度商與平衡常數(shù)進行比較判斷平衡移動方向；體積分數(shù)等于物質(zhì)的量分數(shù)；

（4）根據(jù)計算；

（5）①反應(yīng)Ⅰ放熱，溫度升高平衡左移；

②根據(jù)圖表分析選擇合適的溫度和催化劑；

（1）由反應(yīng)I：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1=－49.8kJ·mol－1；

反應(yīng)II：CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) △H2=＋23.4kJ·mol－1

可知反應(yīng)Ⅲ=I×2-II，所以△H3=－49.8kJ·mol－1×2-23.4kJ·mol－1=-123.0 kJ·mol－1；

故答案為：-123.0；

（2）A.容器內(nèi)的氣體體積不變，質(zhì)量不變，故密度一直不變，故A錯誤；

B.平衡正向移動時氣體體積減小，壓強減小，所以壓強不變時說明反應(yīng)達到平衡，故B正確；

C.平衡移動時CH3OH和CO2的濃度變化不一致，所以當(dāng)比值不變時，說明反應(yīng)平衡，故C正確；

D.斷裂3NA個H-O鍵，有1molCH3OH和1mol H2O參加反應(yīng)，同時斷裂2NA個C=O鍵，有1mol CO2參加反應(yīng)，正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，故D正確；

故答案為：BCD。

（3）濃度商Q==K，故此時達到平衡， =；體積分數(shù)等于物質(zhì)的量分數(shù)，同一容器中可用濃度代替，故V(CH3OH)%=0.8÷(0.8+1.6+1.6)=20%，

故答案為：=；20

（4）根據(jù)圖表可知T1溫度下投料比為2時，CO2轉(zhuǎn)化率為60%，容器體積為3L，初始濃度c(CO2)=6mol÷3L=2mol/L，c(H2)=12mol÷3L=4 mol/L，CO2轉(zhuǎn)化率為60%，即反應(yīng)了1.2 mol/L，則生成0.6 mol/L，反應(yīng)速率，

故答案為；

（5）①生成甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡左移，

故答案為：反應(yīng)Ⅰ△H<0，溫度升高，使CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率下降；

②溫度不能太低，溫度太低反應(yīng)速率慢，溫度也不能過高，過高產(chǎn)率降低，合適溫度為230℃；從圖表分析催化劑 CZ(Zr-1)T的效果更好，

故答案為AD。