Question

【题目】甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：

①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2

③CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)　ΔH3

（1）已知反应②中相关化学键键能数据如下：

化学键	H－H	C＝O	C≡O	H－O
E/kJ·mol－1	436	803	1076	465

由此计算ΔH2＝____kJ·mol－1。已知ΔH3＝＋99kJ·mol－1，则ΔH1＝____kJ·mol－1。

（2） 一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时。体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图所示。

①温度为470K时，图中P点____(填“是”或“不是”)处于平衡状态，490K之后，甲醇产率随温度升高而减小的原因除了升高温度使反应①平衡逆向移动以外，还有___________________________________________________________、______________________________________________________________________。

②一定能提高甲醇产率的措施是______。

A．增大压强 B．升高温度 C．选择合适催化剂 D．加入大量催化剂

（3）如图为一定比例的CO2+H2，CO+H2、CO/CO2+H2条件下甲醇生成速率与温度的关系。

①490K时，根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是______(填I或II)

Ⅰ．CO2COCH3OH

II．COCO2 CH3OH＋H2O

②490K时，曲线a与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，从平衡移动的角度，结合反应①、②分析原因___________________________。

Answer 1

【答案】+36 —63 不是 升高温度使反应③平衡正向移动 催化剂活性降低 AC Ⅱ CO促进反应②逆向移动，使反应①中CO和H2的量增加，水蒸气的量减少

【解析】

（1）盖斯定律的应用、根据键能计算反应热；

（2）勒夏特列定理的应用以及条件的选择；

（1）CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=反应物的总键能-生成物的总键能，带入数据，；根据盖斯定律，反应①=②-③，ΔH1=ΔH2-ΔH3=+36-99kJ/mol=-63 kJ/mol；答案为+36 -63；

（2）P点不处于平衡状态。在490K之前，甲醇产率随着温度升高而增大的原因是温度越高化学反应速率越快，没有达到平衡前，一直向平衡状态移动，产率一直增大；在490K之后，产率下降，从图中可以看出来，催化剂的活性降低，且由于温度越高，反应①平衡逆向移动，此外反应③时吸热反应，温度越高，正向移动，甲醇的产率也降低；要提高甲醇的产率使反应正向移动，而反应催化剂活性要好，A增大压强，反应①平衡正向移动，而且反应③逆向移动，有利于增加甲醇的产率，A符合题意；B升高温度，从图可知，B不符合题意；C选择合适催化剂，选择生成甲醇，减少反应②的发生，提高甲醇的产率，C符合题意；D加入大量催化剂，催化剂不改变平衡，不会影响甲醇的转化率，D不符合题意。答案为不是 升高温度使反应③平衡正向移动 催化剂活性降低 AC；

（3）①490K时，从甲醇的生成速率比较，a曲线大于c曲线，即甲醇来源于CO2和H2，故490K时，合成甲醇的机理为Ⅱ；②490K时，曲线a与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，对反应②，CO是生成物，CO促使反应②逆向移动，CO2和H2的量增加，水蒸气的量减少，反应①正向进行，故CO的存在使甲醇生成速率增大。答案为Ⅱ CO促进反应②逆向移动，使反应①中CO和H2的量增加，水蒸气的量减少。