Question

【題目】2018年，美國退出了《巴黎協(xié)定》實行再工業(yè)化戰(zhàn)略，而中國卻加大了環(huán)保力度，生動詮釋了我國負責任的大國形象。近年我國大力加強溫室氣體CO2催化氫化合成甲醇技術的工業(yè)化量產(chǎn)研究，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

(1)已知：CO2(g)+H2(g)H2O(g) +CO(g)　ΔH1 = + 41.1 kJmol-1

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2=－90.0 kJmol-1

寫出CO2催化氫化合成甲醇的熱化學方程式：_______。

(2)為提高CH3OH產(chǎn)率，理論上應采用的條件是_______(填字母)。

a.高溫高壓 b.低溫低壓 c.高溫低壓 d.低溫高壓

(3)250℃、在恒容密閉容器中由CO2(g)催化氫化合成CH3OH(g)，如圖為不同投料比[n(H2)/n(CO2)]時某反應物X平衡轉(zhuǎn)化率變化曲線。

反應物X是_______(填“CO2”或“H2”)。

(4)250℃、在體積為2.0L的恒容密閉容器中加入6mol H2、2mol CO2和催化劑，10min時反應達到平衡，測得c(CH3OH) = 0.75 mol· L－1。

催化劑和反應條件與反應物轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的選擇性有高度相關。控制相同投料比和相同反應時間，四組實驗數(shù)據(jù)如下：

實驗編號	溫度(K)	催化劑	CO2轉(zhuǎn)化率(%)	甲醇選擇性(%)
A	543	Cu/ZnO納米棒	12.3	42.3
B	543	Cu/ZnO納米片	11.9	72.7
C	553	Cu/ZnO納米棒	15.3	39.1
D	553	Cu/ZnO納米片	12.0	70.6

根據(jù)上表所給數(shù)據(jù)，用CO2生產(chǎn)甲醇的最優(yōu)選項為_______(填字母)。

(5)已知氣相直接水合法可以制取乙醇：H2O(g)+C2H4(g)CH3CH2OH(g)。當n(H2O)：n(C2H4)=1：1時，乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系如圖：

①圖中壓強p1、p2、p3、p4的大小順序為：_______，理由是：_______。

②氣相直接水合法采用的工藝條件為：磷酸／硅藻土為催化劑，反應溫度290℃，壓強6.9 MPa，n(H2O)：n(C2H4)=0.6：1。該條件下乙烯的轉(zhuǎn)化率為5%。若要進一步提高乙烯的轉(zhuǎn)化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以采取的措施有_______、_______。

Answer 1

【答案】3H2 (g)+CO2 (g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=－48.9 kJ/mol d CO2 B p4>p3>p2>p1 反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，乙烯的轉(zhuǎn)化率增大，所以相同條件下，轉(zhuǎn)化率越大的代表壓強越大 其他條件不變，增加H2O(g)的濃度 其他條件不變，移出生成物

【解析】

(1)利用蓋斯定律可知，將①+②可得：；

(2)是氣體計量數(shù)減小的反應，正反應為放熱反應，想要提高平衡產(chǎn)率，平衡需正向移動；

(3)同一反應，增加其中一種反應物的濃度，能提高另一種反應物的轉(zhuǎn)化率，增大，使二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，而氫氣的轉(zhuǎn)化率降低；

(4)分別對比AB、CD實驗，在同樣溫度下，納米片催化劑使反應速率增加，甲醇選擇性高，所以選擇BD進行比較，同樣催化劑條件下，溫度升高，轉(zhuǎn)化率升高，而甲醇的選擇性卻降低；

(5)①在相同溫度下由于乙烯轉(zhuǎn)化率為，由可知正反應為氣體體積減小的反應，所以增大壓強，平衡正向移動，乙烯的轉(zhuǎn)化率提高，因此壓強關系是；

②若要進一步提高乙烯轉(zhuǎn)化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以改變物質(zhì)的濃度，如從平衡體系中將產(chǎn)物乙醇分離出來，或增大水蒸氣的濃度等。

(1)利用蓋斯定律可知，將①+②可得：，則，故答案為：；

(2)是氣體計量數(shù)減小的反應，正反應為放熱反應，想要提高平衡產(chǎn)率，平衡需正向移動；

a. 高壓平衡向氣體計量數(shù)減小的正反應方向移動，正反應為放熱反應，高溫平衡向吸熱的逆反應方向移動，故a錯誤；

b. 正反應為放熱反應，低溫平衡向放熱的正反應方向移動，低壓向氣體計量數(shù)增大的逆反應方向移動，故b錯誤；

c. 低壓向氣體計量數(shù)增大的逆反應方向移動，高溫平衡向吸熱的逆反應方向移動，故c錯誤；

d. 低溫平衡向放熱的正反應方向移動，高壓平衡向氣體計量數(shù)減小的正反應方向移動，故d正確；

故答案為：d；

(3)同一反應，增加其中一種反應物的濃度，能提高另一種反應物的轉(zhuǎn)化率，圖示，橫坐標增大，相當于不變時，增大，平衡正向移動，使二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，而氫氣的轉(zhuǎn)化率降低，所以X為，故答案為；

(4)分別對比AB、CD實驗，在同樣溫度下，納米片催化劑使反應速率增加，甲醇選擇性高，所以選擇BD進行比較，同樣催化劑條件下，溫度升高，轉(zhuǎn)化率升高，而甲醇的選擇性卻降低，所以用生產(chǎn)甲醇的最優(yōu)選項為B，故答案為：B；

(5)①在相同溫度下由于乙烯轉(zhuǎn)化率為，由可知正反應為氣體體積減小的反應，所以增大壓強，平衡正向移動，乙烯的轉(zhuǎn)化率提高，因此壓強關系是，故答案為：；反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，乙烯的轉(zhuǎn)化率增大，所以相同條件下，轉(zhuǎn)化率越大的代表壓強越大；

②若要進一步提高乙烯轉(zhuǎn)化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以改變物質(zhì)的濃度，如從平衡體系中將產(chǎn)物乙醇分離出來，或增大水蒸氣的濃度等，故答案為：其他條件不變，增加H2O(g)的濃度；其他條件不變，移出生成物。