Question

【题目】CCuS是一种二氧化碳的捕获、利用与封存的技术，这种技术可将CO2资源化， 产生经济效益。CO2经催化加氢可以生成低碳有机物，主要有以下反应：

反应I：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1=－49.8kJ·mol－1

反应II：CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) △H2=＋23.4kJ·mol－1

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

（1）△H3=_____________kJ·mol－1

（2）恒温恒容条件下，在密闭容器中通人等物质的量的CO2和H2，发生反应I。下列描述能说明反应I达到平衡状态的是_______(填序号）。

A.容器内的混合气体的密度保持不变B.反应体系总压强保持不变

C.CH3OH和CO2的浓度之比保持不变D.断裂3NA个H-O键同时断裂2NA个C=O键

（3）反应II在某温度下的平衡常数为0.25,此温度下，在密闭容器中加人等物质的量的 CH3OCH3(g)和H2O(g)，反应到某时刻测得各组分浓度如下：

物质	CH3OCH3(g)	H2O(g)	CH3OH(g)
浓度/mol·L－1	1.6	1.6	0.8

此时 ___（填“>”、“<”或“=”），当反应达到平衡状态时，混合气体中CH3OH 体积分数 V(CH3OH)%= _____%。

（4）在某压强下，反应III在不同温度、不同投料比时，CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下，将6 mol CO2和12 mol H2充入3 L的密闭容器中，10 min后反应达到平衡状态，则0-10 min内的平均反应速率V(CH3OCH3)=____。

（5）恒压下将CO2和氏按体积比1 ：3混合，在 不同催化剂作用下发生反应I和反应III，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如下图。

其中：CH3OH的选择性=×100%

①温度高于230℃，CH3OH产率随温度升高而下降的原因是________。

②在上述条件下合成甲醇的工业条件是_________。

A. 230℃ B. 210℃ C.催化剂 CZT D.催化剂 CZ(Zr-1)T

Answer 1

【答案】-123.0 BCD = 20 反应Ⅰ△H<0，温度升高，使CO2转化为甲醇的平衡转化率下降 AD

【解析】

（1）根据盖斯定律计算；

（2）达到平衡状态时，v正=v逆，容器内混合气体的平均相对分子质量等于以g/mol为单位的平均摩尔质量，据此分析；

（3）计算浓度商与平衡常数进行比较判断平衡移动方向；体积分数等于物质的量分数；

（4）根据计算；

（5）①反应Ⅰ放热，温度升高平衡左移；

②根据图表分析选择合适的温度和催化剂；

（1）由反应I：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1=－49.8kJ·mol－1；

反应II：CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) △H2=＋23.4kJ·mol－1

可知反应Ⅲ=I×2-II，所以△H3=－49.8kJ·mol－1×2-23.4kJ·mol－1=-123.0 kJ·mol－1；

故答案为：-123.0；

（2）A.容器内的气体体积不变，质量不变，故密度一直不变，故A错误；

B.平衡正向移动时气体体积减小，压强减小，所以压强不变时说明反应达到平衡，故B正确；

C.平衡移动时CH3OH和CO2的浓度变化不一致，所以当比值不变时，说明反应平衡，故C正确；

D.断裂3NA个H-O键，有1molCH3OH和1mol H2O参加反应，同时断裂2NA个C=O键，有1mol CO2参加反应，正反应速率等于逆反应速率，故D正确；

故答案为：BCD。

（3）浓度商Q==K，故此时达到平衡， =；体积分数等于物质的量分数，同一容器中可用浓度代替，故V(CH3OH)%=0.8÷(0.8+1.6+1.6)=20%，

故答案为：=；20

（4）根据图表可知T1温度下投料比为2时，CO2转化率为60%，容器体积为3L，初始浓度c(CO2)=6mol÷3L=2mol/L，c(H2)=12mol÷3L=4 mol/L，CO2转化率为60%，即反应了1.2 mol/L，则生成0.6 mol/L，反应速率，

故答案为；

（5）①生成甲醇的反应为放热反应，温度升高平衡左移，

故答案为：反应Ⅰ△H<0，温度升高，使CO2转化为甲醇的平衡转化率下降；

②温度不能太低，温度太低反应速率慢，温度也不能过高，过高产率降低，合适温度为230℃；从图表分析催化剂 CZ(Zr-1)T的效果更好，

故答案为AD。