Question

CO₂的固定和利用在降低温室气体排放中具有重要作用，从CO₂加氢合成甲醇不仅可以有效缓解减排压力，还是其综合利用的一条新途径。CO₂和H₂在催化剂作用下能发生反应CO₂＋3H₂CH₃OH＋H₂O，测得甲醇的理论产率与反应温度、压强的关系如图所示。请回答下列问题：

（1）提高甲醇产率的措施是                                                       。

（2）分析图中数据可知，在220 ℃、5MPa时，CO₂的转化率为                 ，再将温度降低至

140℃，压强减小至2MPa，化学反应速率将                 （填“增大、减小 或 不变“ 下同），CO₂的转化率将                                 。

（3）200℃时，将0.100molCO₂和0.275molH₂充入1L密闭容器中，在催化剂作用下反应达到平衡。若CO₂的转化率为25%，则此温度下该反应的平衡常数K＝                 。(要求写出算式和计算结果)

（4）已知已知：CO的燃烧热△H＝－283.0KJ/mol、2H₂(g)+O₂(g)＝2H₂O(g)   △H＝－483.6KJ/mol、

CO(g)+2H₂(g)＝CH₃OH(g)  △H＝－90.1KJ/mol，写出CO₂与H₂合成甲醇的热化学方程式        。

 

Answer 1

【答案】

（1）降温、加压（2分）  （2）25%（2分）   减小（2分）   增大（2分）

（3）＝＝1.04 （3分）

（4）CO₂(g)＋3H₂(g)===CH₃OH(g)＋H₂O(g)  ∆H＝-48.9 kJ/mol（3分）

【解析】

试题分析：（1）根据图像可知，随着温度的升高，甲醇的产率降低，这说明正方应是放热反应。再温度相同时，增大压强，甲醇的产率增大，所以提高甲醇产率的措施是降温、加压。

（2）分析图中数据可知，在220 ℃、5MPa时，甲醇的产率是25%。根据碳原子守恒，1molCO₂生成1mol甲醇，因此甲醇的产率就是CO₂的转化率，所以CO₂的转化率为25%。降温并同时降低压强，反应速率减小。由于正方应是放热的体积减小的可逆反应，因此降温和降低压强平衡均向正反应方向移动，所以CO₂的转化率增大。

（3）            CO₂(g)＋3H₂(g)===CH₃OH(g)＋H₂O(g)

起始浓度（mol/L）0.100   0.275       0         0

转化浓度（mol/L）0.0250  0.0750     0.0250     0.0250

平衡浓度（mol/L）0.0750  0.200      0.0250     0.0250

所以该温度下反应的平衡常数K＝＝＝1.04

（4）CO的燃烧热△H＝－283.0KJ/mol，则有热化学方程式①2CO(g)＋O₂(g)＝2CO₂(g) △H＝－566.0KJ/mol。又因为反应②2H₂(g)+O₂(g)＝2H₂O(g)   △H＝－483.6KJ/mol、③CO(g)+2H₂(g)＝CH₃OH(g)  △H＝－90.1KJ/mol，所以根据盖斯定律可知，(③×2－①＋②)÷2，及得到反应CO₂(g)＋3H₂(g)===CH₃OH(g)＋H₂O(g)，所以该反应的反应热∆H＝（－90.1KJ/mol×2＋566.0KJ/mol－483.6KJ/mol）÷2＝-48.9 kJ/mol。

考点：考查考查外界条件对反应速率和平衡状态的影响；反应速率和平衡常数的计算以及盖斯定律的应用