Question

【題目】研究減少CO2排放是一項(xiàng)重要課題。CO2經(jīng)催化加氫可以生成低碳有機(jī)物，主要有以下反應(yīng)：

反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6 kJ/mol

反應(yīng)Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) △H2＝＋23.4 kJ/mol

反應(yīng)Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3

（1）△H3＝________kJ/mol。

（2）恒溫恒容條件下，在密閉容器中通入等物質(zhì)的量的CO2和H2，發(fā)生反應(yīng)I。下列描述能說(shuō)明反應(yīng)I達(dá)到平衡狀態(tài)的是_______（填序號(hào)）。

A．反應(yīng)體系總壓強(qiáng)保持不變

B．容器內(nèi)的混合氣體的密度保持不變

C．水分子中斷裂2NA個(gè)H-O鍵，同時(shí)氫分子中斷裂3NA個(gè)H-H鍵

D．CH3OH和H2O的濃度之比保持不變

（3）反應(yīng)II在某溫度下的平衡常數(shù)為0.25，此溫度下，在密閉容器中加入等物質(zhì)的量的CH3OCH3(g)和H2O(g)，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分濃度如下：

物質(zhì)	CH3OCH3(g)	H2O(g)	CH3OH(g)
濃度/mol·L－1	1.8	1.8	0.4

此時(shí)v正___v逆（填“＞”、“＜”或“＝”），當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，混合氣體中CH3OH體積分?jǐn)?shù)(CH3OH)% ＝___%。

（4）在某壓強(qiáng)下，反應(yīng)III在不同溫度、不同投料比時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示。T1溫度下，將6mol CO2和12mol H2充入2 L的密閉容器中，5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3)＝____；KA、KB、KC三者之間的大小關(guān)系為____。

（5）恒壓下將CO2和H2按體積比1：3混合，在不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)I和反應(yīng)III，在相同的時(shí)間段內(nèi)CH3OH的選擇性和產(chǎn)率隨溫度的變化如圖。其中：CH3OH的選擇性＝×100%

在上述條件下合成甲醇的工業(yè)條件是____。

A．210℃ B．230℃ C．催化劑CZT D．催化劑CZ(Zr－1)T

Answer 1

【答案】－122.6 AC ＞ 20 0.18mol·L1·min1 KA＝KC＞KB BD

【解析】

（1）反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6 kJ/mol

反應(yīng)Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) △H2＝＋23.4 kJ/mol

反應(yīng)Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3

通過(guò)蓋斯定律計(jì)算△H3＝2△H1－△=－49.6 kJ/mol×2－23.4 kJ/mol =－122.6 kJ/mol，

故答案為：－122.6 kJ/mol；

（2）A．該反應(yīng)屬于氣體體積變化的反應(yīng)，所以壓強(qiáng)不變屬于平衡，故A正確；

B．容器內(nèi)的混合氣體的密度等于質(zhì)量除以體積，反應(yīng)前后質(zhì)量與體積都不變，故密度是個(gè)不變量，故B錯(cuò)誤；

C．水分子中斷裂2NA個(gè)H-O鍵，同時(shí)氫分子中斷裂3NA個(gè)H-H鍵，速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，且方向相反，故C正確；

D．CH3OH和H2O的濃度之比保持不變 ，相當(dāng)于兩者之比等于1:1，不能說(shuō)明平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；

故答案為：AC ；

（3）在CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) 中，根據(jù)Qc=(CH3OH)2/(CH3OCH3)(H2O)=0.42/1.8×1.8<0.25，說(shuō)明平衡正向移動(dòng)，故此時(shí)v正>v逆

CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g)

起始 1.8 1.8 0.4

反應(yīng) x x 2x

平衡 1.8-x 1.8-x 0.4+2x

根據(jù)K=（ 0.4+2x）（0.4+2x）/（1.8-x）（ 1.8-x ）=0.25，混合氣體中CH3OH體積分?jǐn)?shù)(CH3OH)% =(1.8-x )/( 1.8-x+1.8-x +0.4+2x)= 20 % ，

故答案為：20；

（4）2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)

起始（mol） 6 12 0 0

反應(yīng)（mol） 2x 6x x 3x

平衡（mol） 6-2x 12-6x x 3x

根據(jù)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，T1溫度下CO2的轉(zhuǎn)化率為60% ，所以有2x/6=0.6,解得x=1.8，故0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3) =1.8mol÷2L÷5min= 0.18mol·L1·min1 ；

化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，放熱反應(yīng)呈反比，所以KA、KB、KC三者之間的大小關(guān)系為KA＝KC＞KB ；

故答案為： 0.18mol·L1·min1 ；KA＝KC＞KB ；

（5）根據(jù)上圖轉(zhuǎn)化率與本題要求，合成甲醇的工業(yè)條件要求“多快好省” ，選擇合適的溫度和合適的催化劑，故選擇230℃和催化劑CZ(Zr－1)T ，

故答案為：BD