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+3H₂?CH₃OH+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
（5）写出CO₂与H₂合成甲醇的热化学方程式

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的调控作用,热化学方程式,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据图可知，温度越高甲醇的产率越低，说明该反应为放热反应，压强越大甲醇产率越高；
（2）利用三段式计算转化率，温度越低、压强越小，反应速率越小；
（3）利用三段式，根据平衡常数的定义答题；
（4）根据盖斯定律求得反应热，进而写出热化学方程式；

解答： 解：（1）根据图可知，温度越高甲醇的产率越低，说明该反应为放热反应，压强越大甲醇产率越高，
故答案为：降温、加压；
（2）设CO₂转化为x，起始物质的量为1，完全转化生成甲醇的物质的量为1，根据图可知甲醇的转化率为25%，
利用三段式计算
     CO₂+3H₂ ?CH₃OH+H₂O
起始 1     3      0
转化 x    3x 
平衡 1-x  3-3x    x
则

x

1

=25%，所以x=25%，温度越低、压强越小，反应速率越小，观察图中的数据可知，在140℃，2MPa时，甲醇的产率高于25%，所以二氧化碳的转化率高于25%，即二氧碳的转化率增大，
故答案为：25%；减小；增大；
（3）利用三段式，
               CO₂ +3H₂ ?CH₃OH+H₂O
起始（mol/L）   0.1     0.275     0           0
转化（mol/L）  0.025    0.075    0.025       0.025   
平衡（mol/L）  0.075    0.2      0.025       0.025     
所以K=

c(CH3OH)?c(H2O )

c(CO2)?c(H2)3

=

0.025×0.025

0.075×0．23

=1.04，
故答案为：1.04；
（4）反应CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）可由①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）；②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）；③2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）；将（①+2×②-③）×

1

2

得到，根据盖斯定律可得反应热为

1

2

×[-483.6KJ/mol+（-90.1KJ/mol）×2-（-283.0KJ/mol）×2]=-48.9 kJ/mol，进而写出热化学方程式为CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-48.9 kJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-48.9 kJ/mol；

点评：本题主要考查了平衡移动的影响因素、转化率的计算、平衡常数的计算、盖斯定律的运用，中等难度．