Question

【題目】CO2等溫室氣體的排放所帶來的溫室效應(yīng)已經(jīng)對人類的生存環(huán)境產(chǎn)生很大影響。CO2的利用也成為人們研究的熱點(diǎn)。以CO2和H2為原料合成甲醇技術(shù)獲得應(yīng)用。

（1）已知CH3OH (g)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l ) △H1=－363 kJ/mol

2H2(g)+O2(g)===2H2O(1) △H2=－571.6kJ/mol

H2O(1)====H2O(g) △H3=+44 kJ/ mol

則CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的反應(yīng)熱△H=___________。

（2）該反應(yīng)常在230~280℃、1.5MPa條件下進(jìn)行。采用催化劑主要組分為CuO-ZnO-Al2O3。催化劑活性組分為單質(zhì)銅，因此反應(yīng)前要通氫氣還原。寫出得到活性組分的反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________________________________。使用不同催化劑時，該反應(yīng)反應(yīng)熱△H__________(填“相同”或“不同”)

（3）該反應(yīng)可以看作以下兩個反應(yīng)的疊加：

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，平衡常數(shù)K1；

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，平衡常數(shù)K2；

則CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常數(shù)K=___________(用含K1、K2的代數(shù)式表示)

（4）反應(yīng)過程中，發(fā)現(xiàn)尾氣中總會含有一定濃度的CO，為了減少其濃度，可以采取的措施為_________________________________(寫一條即可)

（5）為了提高反應(yīng)速率，采取的措施可以有___________。

A.使用高效催化劑 B.在較高壓強(qiáng)下進(jìn)行 C.降低壓強(qiáng) D.充入高濃度CO2

（6）有人研究了用電化學(xué)方法把CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH，其原理如圖所示：

則圖中A電極接電源___________極。已知B電極為惰性電極，則在水溶液中，該極的電極反應(yīng)為______________________。

Answer 1

【答案】-450.4kJ/mol H2+CuOCu+H2O 相同 K1K2 增大氫氣的濃度、分離出甲醇或水蒸氣等（合理即可） ABD 負(fù) 2H2O-4e-=4H++O2↑

【解析】

(1)已知①CH3OH (g)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l ) △H1=－363 kJ/mol、②2H2(g)+O2(g)===2H2O(1) △H2=－571.6kJ/mol、③H2O(1)====H2O(g) △H3=+44 kJ/ mol，根據(jù)蓋斯定律可知，②×+③-①可得CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，則CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的反應(yīng)熱△H=(－571.6kJ/mol)×+(+44 kJ/ mol)-(－363 kJ/mol)=-450.4kJ/mol；(2)催化劑活性組分為單質(zhì)銅，并且反應(yīng)前要通氫氣還原，說明氫氣還原氧化銅生成銅和水，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2+CuOCu+H2O；使用不同催化劑時，能改變反應(yīng)的活化能，但不改變反應(yīng)的熱效應(yīng)，即該反應(yīng)反應(yīng)熱△H相同；(3)已知反應(yīng)：①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，平衡常數(shù)K1；②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，平衡常數(shù)K2；由蓋斯定律可知，①+②可得總反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，則總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于分反應(yīng)的平衡常數(shù)之積，則K=K1K2；(4)反應(yīng)過程中，發(fā)現(xiàn)尾氣中總會含有一定濃度的CO，為了減少其濃度，可以設(shè)法讓平衡CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)向正反應(yīng)方向移動，可采取的措施有：增大氫氣的量、分離出CH3OH(g) 或水蒸氣等，促進(jìn)反應(yīng)②平衡正向移動，提高CO的利用率即可；(5)A.使用高效催化劑可提高反應(yīng)速率，故A正確；B.增大壓強(qiáng)，可提高反應(yīng)速率，故B正確；C.降低壓強(qiáng)，反應(yīng)速率減慢，故C錯誤；D.充入高濃度CO2，可提高反應(yīng)速率，故D正確；故答案為ABD；(6)CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH發(fā)生還原反應(yīng)，說明A電極為陰極，連接電源的負(fù)極，B為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2O-4e-=4H++O2↑。