Question

【题目】近年我国大力加强温室气体CO2催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究，实现可持续发展。

(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

写出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式：___________________________________________。

(2)为提高CH3OH产率，理论上应采用的条件是_______（填字母）。

a．高温高压 b．低温低压 c．高温低压 d．低温高压

(3)250℃、在恒容密闭容器中由CO2(g)催化氢化合成CH3OH(g)，下图为不同投料比[n(H2)/n(CO2)]时某反应物X平衡转化率变化曲线。

反应物X是_______（填“CO2”或“H2”）。

(4)250℃、在体积为2.0L的恒容密闭容器中加入6mol H2、2mol CO2和催化剂，10min时反应达到平衡，测得c(CH3OH) = 0.75 mol· L－1。

①化学平衡常数K = _______。

②催化剂和反应条件与反应物转化率和产物的选择性有高度相关。控制相同投料比和相同反应时间，四组实验数据如下：

实验编号	温度（K）	催化剂	CO2转化率（%）	甲醇选择性（%）
A	543	Cu/ZnO纳米棒	12.3	42.3
B	543	Cu/ZnO纳米片	11.9	72.7
C	553	Cu/ZnO纳米棒	15.3	39.1
D	553	Cu/ZnO纳米片	12.0	70.6

根据上表所给数据，用CO2生产甲醇的最优选项为_______（填字母）。

Answer 1

【答案】3H2 (g)+CO2 (g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=－48.9 kJ/mol d CO2 5.33 B

【解析】

（1）根据已知热化学方程式，利用盖斯定律进行分析，将①+②可得CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式，并据此计算焓变；
（2）有利于提高CH3OH平衡转化率，需要使平衡向着正向移动，结合平衡移动原理分析；
（3）根据同一反应，增加其中一种反应物的浓度，能提高另一种反应物的转化率，结合图示横坐标表示[n(H2)/n(CO2)]，进行分析解答；

（4）①利用三段式计算平衡时各组分的物质的量浓度，再根据化学平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，计算平衡常数；
②分别对比AB、CD实验，Cu/ZnO纳米片催化剂使反应速率增加，甲醇选择性高，对比BD实验，温度升高，CO2转化率升高，而甲醇的选择性却降低，据此分析。

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

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

利用盖斯定律可知，将①+②可得：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)则△H=(+41.1kJ/mol)+(90kJ/mol)=48.9kJ/mol；

故答案为：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=48.9kJ/mol；

（2）CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=48.9kJ/mol；该反应是反应前后气体体积减小的反应，加压平衡正向移动，正反应为放热反应，降温平衡正向移动，则为提高CH3OH平衡转化率，即平衡需正向移动，采用的条件为低温高压；

故答案为：d；

（3）同一反应，增加其中一种反应物的浓度，能提高另一种反应物的转化率，而本身转化率降低，图示随着横坐标增大[n(H2)/n(CO2)]，相当于C(CO2)不变时，增大C(H2)，平衡正向移动，使二氧化碳的转化率增大，而氢气的转化率降低，所以X为CO2；

故答案为：CO2；

（4）①根据已知信息，可列出三段式：

化学平衡常数；

故答案为：5.33；

②分别对比AB、CD实验，在同样温度下，Cu/ZnO纳米片催化剂使反应速率增加，甲醇选择性高，所以选择BD进行比较，同样催化剂条件下，温度升高，CO2转化率升高，而甲醇的选择性却降低，所以用CO2生产甲醇的最优选项为B；

故答案为：B。