Question

【題目】工業(yè)上可利用CO2來制備清潔液體顏料甲醇，有關(guān)化學(xué)反應(yīng)如下：

反應(yīng)Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H1＝﹣49.6kJmol-1

反應(yīng)Ⅱ：CO2（g）+H2（g）H2O（g）+CO（g） △H2＝+41kJmol-1

（1）反應(yīng)Ⅰ在___（填“低溫”或“高溫”）下可自發(fā)反應(yīng)。

（2）有利于提高上述反應(yīng)甲醇平衡產(chǎn)率的條件是___。

A．高溫高壓 B．低溫低壓 C．高溫低壓 D．低溫高壓

（3）在Cu﹣ZnO/ZrO2催化下，CO2和H2混合氣體，體積比1：3，總物質(zhì)的量amol進(jìn)行反應(yīng)，測得CO2轉(zhuǎn)化率、CH3OH和CO選擇性隨溫度、壓強(qiáng)變化情況分別如圖所示（選擇性：轉(zhuǎn)化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比）。

①下列說法正確的是___。

A．壓強(qiáng)可影響產(chǎn)物的選擇性

B．CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高先增大后減小

C．由圖1可知，反應(yīng)的最佳溫度為220℃左右

D．及時(shí)分離出甲醇和水以及使氫氣和二氧化碳循環(huán)使用，可提高原料利用率

②250℃時(shí)，反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ達(dá)到平衡，平衡時(shí)容器體積為VL，CO2轉(zhuǎn)化率為25%，CH3OH和CO選擇性均為50%，則該溫度下反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)為___。

③分析圖2中CO選擇性下降的原因___。

Answer 1

【答案】低溫 D ACD 增大壓強(qiáng)，有利于反應(yīng)Ⅰ平衡正向移動(dòng)，使反應(yīng)物濃度減小，從而使反應(yīng)Ⅱ逆向移動(dòng)，CO選擇性下降

【解析】

根據(jù)吉布斯自由能判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件；根據(jù)平衡移動(dòng)原理分析解答；根據(jù)轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)的表達(dá)式分析解答。

（1）對(duì)于反應(yīng)CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1=﹣49.6kJmol﹣1，△H＜0，△S＜0，則如反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，應(yīng)滿足△H﹣T△S＜0，低溫下即可進(jìn)行，故答案為：低溫；

（2）反應(yīng)CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1=﹣49.6kJmol﹣1，由化學(xué)計(jì)量數(shù)可知，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，且正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動(dòng)，則低溫高壓有利于提高甲醇的產(chǎn)率，故答案為：D；

（3）①A.增大壓強(qiáng)，反應(yīng)Ⅰ正向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率增大，說明壓強(qiáng)影響產(chǎn)物的選擇性，故A正確；

B.反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng)，生成溫度，平衡逆向移動(dòng)，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故B錯(cuò)誤；

C.由圖1可知，反應(yīng)的溫度控制在220℃左右時(shí)，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率、甲醇的含量較大，CO的含量較小，升高到240℃以后，甲醇的選擇性減小，則反應(yīng)的最佳溫度為220℃左右，故C正確；

D.及時(shí)分離出甲醇和水，可使平衡正向移動(dòng)，且循環(huán)使用氫氣和二氧化碳，可提供原料的利用率，故D正確，故答案為：ACD；

②在Cu﹣ZnO/ZrO2催化下，CO2和H2混合氣體，體積比1：3，總物質(zhì)的量amol進(jìn)行反應(yīng)，

250℃時(shí)，反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ達(dá)到平衡，平衡時(shí)容器體積為VL，CO2轉(zhuǎn)化率為25%，CH3OH和CO選擇性均為50%，由方程式可知，消耗n（CO2）= ×25%mol=mol，生成CH3OH和CO共mol，分別為mol，生成n（H2O）=mol，兩個(gè)反應(yīng)消耗氫氣的物質(zhì)的量為mol×3+mol=mol，則剩余氫氣的物質(zhì)的量為mol﹣mol=mol，，則反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)，故答案為： ；

③對(duì)于反應(yīng)Ⅱ，增大壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)，但對(duì)應(yīng)反應(yīng)Ⅰ，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致反應(yīng)物的濃度降低，生成水的濃度增大，則導(dǎo)致反應(yīng)Ⅱ平衡逆向移動(dòng)，CO的選擇性下降，故答案為：增大壓強(qiáng)，有利于反應(yīng)Ⅰ平衡正向移動(dòng)，使反應(yīng)物濃度減小，從而使反應(yīng)Ⅱ逆向移動(dòng)，CO選擇性下降。