Question

【题目】应对雾霾污染、改善空气质量需要从多方面入手，如开发利用清洁能源。甲醇是一种可再生的清洁能源，具有广阔的开发和应用前景。回答下列问题：

（1）CO2与H2合成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。但是找到合适的催化剂是制约该方法的瓶颈。目前主要使用贵金属催化剂，但是贵金属储量稀少，成本高昂，难以大规模应用，且使用中存在环境污染的风险。最近采用真空封管法制备磷化硼纳米颗粒，在发展非金属催化剂实现CO2电催化还原制备甲醇方向取得重要进展，该反应历程如图所示。

容易得到的副产物有CO和CH2O，其中相对较多的副产物为__；上述合成甲醇的反应速率较慢，要使反应速率加快，主要降低下列变化中__(填字母)的能量变化。

A.*CO+*OH→*CO+*H2O

B.*CO→*OCH

C.*OCH2→*OCH3

D.*OCH3→*CH3OH

（2）恒压(容器的容积可变)下，0.2molCO2与0.6molH2在催化剂作用下发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H，CO2的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

压强p1__(填“<”或“>”)p2。

②在p1、100℃条件下，b点时v正__(填“<"或“>”)v逆。

③已知：反应速率v=v正-v逆=k正，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，x为物质的量分数，若b点对应的坐标参数为(100，0.4)，计算b处的=__(保留3位有效数字)。

（3）焦炭与水蒸气在恒容密闭容器中反应制合成气的主要反应(Ⅰ)、(Ⅱ)的lgKP(KP为以分压表示的平衡常数)与T的关系如图所示。

反应(Ⅱ)的△H__(填“大于”“等于”或“小于”)0。

②c点时，反应C(s)+CO2(g)2CO(g)的KP=__(填数值)。

③在恒容密闭容器中充入0.5molCO、2molH2O(g)只发生反应(Ⅱ)，图中d点处达到平衡时，CO的转化率为__；达到平衡时，向容器中再充入0.5molCO、2molH2O(g)，重新达到平衡时，CO的平衡转化率__(填“增大”“减小”或“不变”)。

Answer 1

【答案】CO A ＜ ＞ 2.85 小于 1 80% 不变

【解析】

(1)由图可知，副产物有CO和CH2O，反应的能垒越低，反应越容易进行，副产物的量越多；反应的能垒越大，反应的反应速率越慢；

(2)①该反应正向是气体体积减小的反应，气体条件相同时，压强越大，CO2的平衡转化率越高；

②由图可知，在p1、100℃条件下，b点CO2的转化率小于平衡时CO2的平衡转化率，则反应正向进行；

③平衡时υ正=υ逆，即k正x(CO2)x(H2)3=k逆x(CH3OH)x(H2O)，则=K，b点CO2的转化率为0.4，根据三段式计算各物质的物质的量分数，根据反应速率公式计算b处的值；

(3)①反应(Ⅱ)随温度升高lgKP减小，即升高温度，平衡逆向移动；

②根据盖斯定律反应Ⅰ减去反应Ⅱ得到C(s)+CO2(g)2CO(g)，所以C(s)+CO2(g)2CO(g)的平衡常数KP等于反应Ⅰ的平衡常数除以反应Ⅱ的平衡常数；
③反应(II)

结合平衡常数减小计算；达到平衡时，向容器中再充入0.5molCO、2molH2O(g)，相当加压，根据平衡移动方向判断。

(1) 由图可知生成副产物CH2O的能量变化大，即能垒高，反应难进行，生成的量少，生成副产物CO的能量变化小，即能垒低，反应容易进行，生成的量多，所以相对较多的副产物为CO；由图可知生成甲醇的过程中，能垒最高(为1.64eV)的变化为*CO+*OH→*CO+*H2O，该反应速率最慢，决定整个反应的快慢，所以要想提高整个反应速率，应该降低该反应的能垒，故答案为A；

(2)①因为该反应的气体分子总数减少，则气体条件相同时，压强越大，二氧化碳的转化率越大，相同温度下，p2时CO2的转化率比p1时的大，所以压强p1＜p2；

②在p1、100℃条件下，a点为平衡点，与a点相比，b点的二氧化碳转化率较低，则b点正反应速率大于逆反应速率，即υ正＞υ逆；

③a点反应三段式：

x(CO2)=x(CH3OH)=x(H2O)=，x(H2)=，此时，，故=；

b点各成分的量也可由三段式计算：

故，此时，；

(3)①反应(Ⅱ)的lgKP随温度升高而减小，即升高温度，平衡逆向移动，则△H＜0；

②根据盖斯定律反应Ⅰ减去反应Ⅱ得到C(s)+CO2(g)2CO(g)，所以C(s)+CO2(g)2CO(g)的平衡常数KP等于反应Ⅰ的平衡常数除以反应Ⅱ的平衡常数，由于c点两者的lgKP相等，则反应C(s)+CO2(g)2CO(g)的lgKP=0，即c点时，反应C(s)+CO2(g)2CO(g)的KP=1；

③d点时，反应(Ⅱ)的KP=1；

反应是气体体积不变化的反应，可将各物质的物质的量数值直接代入计算，即，解得x=0.4，CO的转化率为×100%=80%，该反应前后气体的分子数不变，达到平衡时，向容器中再充入0.5molCO、2molH2O(g)相当增大压强，平衡不发生移动，所以CO的平衡转化率不变。