Question

【題目】甲醇是重要的化工原料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下合成甲醇，可能發(fā)生的反應(yīng)如下:

I.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H1=-41.0kJ/mol

II.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2=-90.0kJ/mol

III.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H3

回答下列問題:

（1）則△H3=______，在以上制備甲醇的兩個反應(yīng)中，反應(yīng)II優(yōu)于反應(yīng)III，其原因為______。

（2）一定化例的合成氣在裝有催化劑的反應(yīng)器中反應(yīng)12小時，體系中甲醇的產(chǎn)率和催化劑的催化活性與溫度的關(guān)系如圖1所示。

當(dāng)溫度為470K時，圖中P點_____(填“是”或“不是”)處于平衡狀態(tài)。490K之后，甲醇產(chǎn)率下降的原因是____________。

（3）圖2為一定比例的CO2、H2，CO、H2，CO、CO2、.H2條件下甲醇生成速率與溫度的關(guān)系。

①490K時，根據(jù)曲線a、c判斷合成甲醇的反應(yīng)機理是______(填“A"或“B").

A. B.

②490K時，曲線a與曲線b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，結(jié)合反應(yīng)I、III分析原因______________________。

（4）研究證實，CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，則生成甲醇的電極反應(yīng)式為_____。

Answer 1

【答案】 - 49.0 kJ·mol-1 反應(yīng)Ⅱ符合“原子經(jīng)濟性”的原則即原子利用率為100%（綠色化學(xué)） 不是 反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ均為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，且催化劑活性降低 B CO促進反應(yīng)Ⅰ正向移動，二氧化碳和氫氣的量增加，水蒸氣的量減少，有利于反應(yīng)III正向進行 CO2+6H++6e==CH3OH+H2O

【解析】（1）根據(jù)蓋斯定律：反應(yīng)Ⅱ-反應(yīng)Ⅰ=反應(yīng)Ⅲ，故△H3=△H2-△H1=-90.0kJ/mol-（-41.0kJ/mol

）= - 49.0 kJ·mol-1 ，由于反應(yīng)Ⅱ生成物只有甲醇，原子利用率為100%，符合“原子經(jīng)濟性”的原則（綠色化學(xué)），故反應(yīng)II優(yōu)于反應(yīng)III，因此，本題答案為：- 49.0 kJ·mol-1 ；反應(yīng)Ⅱ符合“原子經(jīng)濟性”的原則即原子利用率為100%（綠色化學(xué)）。

溫度為470K時，圖中P點甲醇產(chǎn)率沒有達到最大，不是處于平衡狀態(tài)。反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ均為放熱反應(yīng)，490K之后，升高溫度平衡逆向移動，且催化劑活性降低，使甲醇產(chǎn)率下降，故本題答案為：不是； 反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ均為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，且催化劑活性降低。

（3））圖2為一定比例的CO2、H2，CO、H2，CO、CO2、.H2條件下甲醇生成速率與溫度的關(guān)系。①490K時，從甲醇的生成速率來看，a曲線大于c曲線，即甲醇來源于CO2和H2

故490K時，根據(jù)曲線a、c判斷合成甲醇的反應(yīng)機理是 B；②490K時，曲線a與曲線b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，從化學(xué)熱力學(xué)，結(jié)合反應(yīng)I、III分析，對I.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，CO是反應(yīng)物，CO促進反應(yīng)I正向移動，CO2和H2

的量增加，水蒸氣的量減少，反應(yīng)III.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 正向進行，故

CO的存在使甲醇生成速率增大。

（4）CO2在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，CO2中碳元素化合價降低，被還原，發(fā)生還原反應(yīng)，則生成甲醇的電極反應(yīng)式為：CO2+6H++6e==CH3OH+H2O。