Question

【题目】2018年，美国退出了《巴黎协定》实行再工业化战略，而中国却加大了环保力度，生动诠释了我国负责任的大国形象。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。

① 反应物X是_______（填“CO2”或“H2”）。

② 判断依据是_______。

（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 前10min的平均反应速率v(H2)＝_______ mol·L－1·min －1。

② 化学平衡常数K = _______。

③ 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	span>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 恒容密闭容器中，其他条件相同时，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CO2的转化率增大，而H2转化率降低 0.225 5.33（或16/3） B

【解析】

本题主要考察化学平衡的移动；

（1）考察盖斯定律，将两个热化学方程相加即可；

（2）考察化学平衡移动；

（3）考察反应物的平衡转化率，及影响因素；

（4）考察化学反应速率、化学平衡常数、产物的选择性。

（1）根据盖斯定律，将两个热化学方程式相加可得：3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=－48.9 kJ/mol；

（2）根据热化学方程式可知，生成CH3OH的方向是放热反应方向，也是气体体积减小的方向，故要想提高CH3OH的产率，需要降温高压，故合理选项为d；

（3）观察图中的横坐标，其物理量为，若假设n(CO2)为定值，则X的转化率随n(H2)的增大而增大，则X为CO2；

（4）①在同一容器中，CH3OH的浓度变化量为0.75mol· L－1，则有（单位：mol· L－1）：

	3H2 (g)	CO2 (g)	CH3OH(g)	H2O(g)
	3	1	1	1
起始	3	1	0	0
转化	2.25	0.75	0.75	0.75
平衡	0.75	0.25	0.75	0.75

H2的浓度变化量为2.25 mol· L－1，则前10min的平均反应速率v(H2)=0.225 mol· L－1；

②K==；

③选择性是指产物的专一性，在一个化学反应中若有多个产物，其中某一产物是目标产物，若这个物质的产率越高，说明该反应的选择性越好。观察四组数据，相比之下，BD的选择性很高，且B的CO2转化率比D稍低些，但是B的CH3OH的选择性高出了不少，故最佳选项为B。