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

回答下列问题：

(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。在490K之前，甲醇产率随温度升高而增大，490K之后，甲醇产率随温度升高而减小的原因分别是____。

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．CO2 COCH3OH II．COCO2CH3OH＋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，从热力学与动力学角度，并结合反应①、②分析原因____。

Answer 1

【答案】36 99 不是 升高温度，反应逆向移动，催化剂活性降低 AC Ⅱ CO促进反应Ⅱ逆向移动，CO和H2的量增加，水蒸气的量减少

【解析】

（1）根据题中所给键能数据，计算得到方程②的反应热为：△H2=（803×2+436-1076-2×465）=36 kJ·mol-1；方程③可以用方程②-①获得，△H2-△H1=36-（-63）=99 kJ·mol-1；综上所述，本题答案是：36；99。

（2）①温度为470K时，图中P点不是处于平衡状态；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，490K之后，甲醇产率下降的原因是升高温度，反应i逆向移动，催化剂活性降低；综上所述，本题答案是：不是；升高温度，反应逆向移动，催化剂活性降低。

②A.增大压强,反应Ⅰ平衡正向移动，甲醇产率可以提高，故A正确；

B,升高温度反应Ⅰ是放热反应，平衡逆向移动，甲醇产率降低，故B错误；

C.选择合适催化剂，选择生成甲醇，提高甲醇产率，故C正确；

D.加入大量催化剂，不能影响平衡，故D错误；

综上所述，本题选AC。

（3）图2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。

490K时，从甲醇的生成速率来看，a曲线大于c曲线，即甲醇来源于CO2和H2，故490K时,根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是Ⅱ；

490K时,曲线a与曲线b相比,CO的存在使甲醇生成速率增大,从热力学与动力学角度,并结合反应i、ⅱ分析原因：对ii. CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g)，CO是生成物，CO促进反应Ⅱ逆向移动，二氧化碳和氢气的量增加，水蒸气的量减少，i.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)正向进行，故CO的存在使甲醇生成速率增大；

综上所述，本题答案是：Ⅱ ；CO促进反应Ⅱ逆向移动，CO和H2的量增加，水蒸气的量减少。