Question

【題目】CO2回收與利用是環(huán)境科學家研究的熱點課題。利用CO2制備合成氣（CO、H2），再制備高值產(chǎn)品，如甲醇等，也可以利用CO2直接制備甲醇等產(chǎn)品。

（1）已知幾種反應的正反應活化能（E1）、逆反應活化能（E2）如表所示：

序號	化學反應	E1/（kJ·mol-1）	E2/（kJ·mol-1）
①	2CO（g）+O2（g）===2CO2（g）	1954	2519
②	H2(g)+O2(g)=H2O(l)	685	970
③	2CH3OH（g）+3O2（g）===2CO2（g）+4H2O（l）	3526	4978

在相同條件下，起始反應最快的是____（填序號）。由H2和CO合成氣態(tài)甲醇的熱化學方程式為________。

（2）T1℃下，在2L恒容密閉容器中充入0.20mol CO和0.60mol H2合成CH3OH，發(fā)生反應：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） △H<0，經(jīng)5min恰好達到平衡，CH3OH的濃度是0.05mol·L-1。

①T1℃時，以H2表示的反應的平均速率為___，平衡常數(shù)K=____。

②（T1+100）℃時，在1L恒容密閉容器中充入0.10molCO、0.20molH2和0.30mol CH3OH，此時反應將____（填“向左移動”“向右移動”“達到平衡”或“無法判斷”）。

（3）CO2和H2在催化劑作用下反應，可以直接合成甲醇：CO（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H<0，測得相同時間內(nèi)甲醇產(chǎn)率與溫度的關(guān)系如圖所示。

①溫度在800℃時甲醇產(chǎn)率最高的主要原因是/span>____。

②下列措施能提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的是____（填字母）。

A．升溫 B．加壓 C．加入催化劑 D．增大H2濃度

（4）利用電解法在酸性條件下將CO2和H2O轉(zhuǎn)化或CO和H2，陰極反應式之一為CO2+2e-+2H+=CO+H2O，其機理如下：①CO2+2e-+H2O===CO+2OH-（慢反應）；②OH-+CO2=HCO3-（快反應）；③HCO3-+H+=CO2+H2O（快反應）。其中水的作用是___；控制陰板反應速率的反應是___（填序號）。

Answer 1

【答案】② CO（g）+2H2（g）===CH3OH（g） △H=-126.5kJ·mol-1 0.02mol·L-1·min-1 25 向左移動 200~800℃間，溫度升高速率增大，800~1000℃間催化劑活性（或選擇性）降低，速率減慢，升高溫度平衡逆向移動， 甲醇產(chǎn)率降低，所以溫度在800℃時甲醇產(chǎn)率最高 BD 催化作用 ①

【解析】

（1）正反應活化能小，活化分子百分數(shù)越大；反應熱等于正、逆反應活化能之差，先求出反應①、②、③的反應熱，再由蓋斯定律計算H2和CO合成氣態(tài)甲醇的反應熱；

（2）利用“三段式”計算速率和平衡常數(shù)；根據(jù)Q、K的關(guān)系判斷反應方向；

（3）根據(jù)影響速率和平衡移動的因素分析；

（4）慢反應決定總反應的速率。

（1）正反應活化能小，活化分子百分數(shù)越大，開始反應速率越大，所以在相同條件下，起始反應最快的是②。反應熱等于正、逆反應活化能之差，①2CO（g）+O2（g）===2CO2（g）△H=-565kJ·mol-1 、②H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H=-285kJ·mol-1、③2CH3OH（g）+3O2（g）===2CO2（g）+4H2O（l） △H=-1452kJ·mol-1；由蓋斯定律知，①×+②×2-③×得CO（g）+2H2（g）===CH3OH（g） △H=-126.5kJ·mol-1；

（2）CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

開始 0.1 0.3 0

轉(zhuǎn)化 0.05 0.1 0.05

平衡 0.05 0.2 0.05

①v(H2)= ， 。

②正反應放熱，在（T1+100）℃時平衡常數(shù)K<25，，反應向左進行。

（3）①200~800℃間，升溫，反應速率增大，產(chǎn)率升高；800~1000℃，升溫，催化劑活性或選擇性降低，產(chǎn)率降低，升高溫度平衡逆向移動， 甲醇產(chǎn)率降低。

②從平衡移動角度，升高溫度，平衡逆向移動，升溫二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低；增大壓強和增大氫氣濃度都能使平衡向右移動，提高CO2的轉(zhuǎn)化率；加入催化劑平衡不移動，二氧化碳轉(zhuǎn)化率不變，故選BD。

（4）觀察三步反應知，水參與第①步反應，第③步反應生成水，水起催化作用。第①步反應較慢，控制陰極反應反應速率的是①。