Question

【題目】研究減少CO2排放是一項重要課題。CO2經(jīng)催化加氫可以生成低碳有機物，主要有以下反應：

反應Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H1=－49.6kJ/mol

反應Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g)2CH3OH(g) △H2＝＋23.4kJ/mol

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

（1）△H3＝_______。

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

A.反應體系總壓強保持不變

B.容器內的混合氣體的密度保持不變

C.水分子斷裂2NA個H-O鍵，同時氫分子斷裂3NA個H-H鍵

D.CH3OH和H2O的濃度之比保持不變

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

物質	CH3OCH3(g)	H2O(g)	CH3OH(g)
濃度/mol·L-1	1.8	1.8	0.4

此時v正_______v逆（填“＞”、“＜”或“＝”），當反應達到平衡狀態(tài)時，混合氣體中CH3OH體積分數(shù)(CH3OH)%=_______%。

（4）在某壓強下，反應III在不同溫度、不同投料比時，CO2的平衡轉化率如圖所示。T1溫度下，將6molCO2和12molH2充入2L的密閉容器中，5min后反應達到平衡狀態(tài)，則0～5min內的平均反應速率v(CH3OCH3)=_______；KA、KB、KC三者之間的大小關系為________。

（5）恒壓下將CO2和H2按體積比1：3混合，在不同催化劑作用下發(fā)生反應I和反應III，在相同的時間段內CH3OH的選擇性和產(chǎn)率隨溫度的變化如圖。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.210℃ B.230℃ C.催化劑CZT D.催化劑CZ(Zr－1)T

（6）CO2可以被(NH4)2CO3溶液捕獲，反應為(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)=2NH4HCO3(aq)。為研究溫度對(NH4)2CO3捕獲CO2 效率的影響，在某溫度T1下，將一定量的(NH4)2CO3溶液置于密閉容器中，并充入一定量的CO2氣體(用氮氣作為稀釋劑)，在t時刻，測得容器中CO2氣體的濃度。然后分別在溫度為T2、T3、T4、T5下，保持其他初始實驗條件不變，重復上述實驗，經(jīng)過相同時間測得CO2氣體濃度，其關系如圖，則ΔH______0(填“>”、“＝”或“<”)。

Answer 1

【答案】-122.6kJ/mol AC ＞ 20 0.18mol·L1·min1 KA＝KC＞KB 反應I的△H＜0，溫度升高，使CO2轉化為CH3OH的平衡轉化率下降 BD <

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律，△H3=2△H1-△H2= -122.6kJ/mol；

（2）反應I：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，

A、該反應是氣體體積減小的反應，在恒容條件下，隨著反應的進行，體系的總壓強減小，所以當體系的總壓強不變時，說明反應I達到平衡狀態(tài)，A正確；

B、反應在恒容條件下進行，且體系的各組分都是氣體，則體系的質量和體積始終不變，所以混合氣體的密度保持不變，不能說明反應I達到平衡狀態(tài)，B錯誤；

C、任何時候都有水分子斷裂2NA個H-O鍵，氫分子生成3NA個H-H鍵，當氫分子同時生成和斷裂3NA個H-H鍵時，說明反應I達到平衡狀態(tài)，C正確；

D、反應中，CH3OH和H2O的濃度比始終保持不變，則該選項不能說明反應I達到平衡狀態(tài)，D錯誤；

故選AC；

（3）Qc===0.049<K，則平衡向正反應方向移動，所以v正>v逆；

由于反應向正反應方向移動，設H2O繼續(xù)轉化x mol·L-1，則有

則有：，解得x=0.2，則CH3OH的體積分數(shù)為：=20%；

（4）反應III為：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)，根據(jù)題意，投料比n(H2):n(CO2)=12mol:6mol=2，根據(jù)圖像可知CO2的平衡轉化率為60%，即△n(CO2)=6mol×60%=3.6mol，根據(jù)方程式可知: △n(CH3OCH3)=1.8mol，則v(CH3OCH3)== 0.18mol·L-1·min-1；由于A和C的溫度相同，且K只和溫度有關，所以KA=KC；因為反應III是放熱反應，T1→T2，CO2的平衡轉化率下降，說明該過程是升溫過程，則KA>KB；所以有KA=KC＞KB；

（5）反應是放熱反應，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，CO2的轉化率下降；從選擇性來看，催化劑CZ(Zr-1)T的效果更好，從產(chǎn)率來看，230℃時甲醇的產(chǎn)率更好，故選BD；

（6）觀察圖像的后半段，隨著溫度的升高，CO2的濃度增大，是因為溶液中NH4HCO3分解的量越來越多，則該分解反應是吸熱反應，所以(NH4)2CO3捕獲CO2的反應是放熱反應，即ΔH<0。