Question

【題目】工業上可利用CO2來制備清潔液體顏料甲醇，有關化學反應如下：

反應Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H1＝﹣49.6kJmol-1

反應Ⅱ：CO2（g）+H2（g）H2O（g）+CO（g） △H2＝+41kJmol-1

（1）反應Ⅰ在___（填“低溫”或“高溫”）下可自發反應。

（2）有利于提高上述反應甲醇平衡產率的條件是___。

A．高溫高壓 B．低溫低壓 C．高溫低壓 D．低溫高壓

（3）在Cu﹣ZnO/ZrO2催化下，CO2和H2混合氣體，體積比1：3，總物質的量amol進行反應，測得CO2轉化率、CH3OH和CO選擇性隨溫度、壓強變化情況分別如圖所示（選擇性：轉化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比）。

①下列說法正確的是___。

A．壓強可影響產物的選擇性

B．CO2平衡轉化率隨溫度升高先增大后減小

C．由圖1可知，反應的最佳溫度為220℃左右

D．及時分離出甲醇和水以及使氫氣和二氧化碳循環使用，可提高原料利用率

②250℃時，反應Ⅰ和Ⅱ達到平衡，平衡時容器體積為VL，CO2轉化率為25%，CH3OH和CO選擇性均為50%，則該溫度下反應Ⅱ的平衡常數為___。

③分析圖2中CO選擇性下降的原因___。

Answer 1

【答案】低溫 D ACD 增大壓強，有利于反應Ⅰ平衡正向移動，使反應物濃度減小，從而使反應Ⅱ逆向移動，CO選擇性下降

【解析】

根據吉布斯自由能判斷反應自發進行的條件；根據平衡移動原理分析解答；根據轉化率、平衡常數的表達式分析解答。

（1）對于反應CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1=﹣49.6kJmol﹣1，△H＜0，△S＜0，則如反應能自發進行，應滿足△H﹣T△S＜0，低溫下即可進行，故答案為：低溫；

（2）反應CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1=﹣49.6kJmol﹣1，由化學計量數可知，增大壓強，平衡正向移動，且正反應為放熱反應，降低溫度，平衡正向移動，則低溫高壓有利于提高甲醇的產率，故答案為：D；

（3）①A.增大壓強，反應Ⅰ正向移動，甲醇的產率增大，說明壓強影響產物的選擇性，故A正確；

B.反應Ⅰ為放熱反應，生成溫度，平衡逆向移動，二氧化碳的平衡轉化率減小，故B錯誤；

C.由圖1可知，反應的溫度控制在220℃左右時，二氧化碳的轉化率、甲醇的含量較大，CO的含量較小，升高到240℃以后，甲醇的選擇性減小，則反應的最佳溫度為220℃左右，故C正確；

D.及時分離出甲醇和水，可使平衡正向移動，且循環使用氫氣和二氧化碳，可提供原料的利用率，故D正確，故答案為：ACD；

②在Cu﹣ZnO/ZrO2催化下，CO2和H2混合氣體，體積比1：3，總物質的量amol進行反應，

250℃時，反應Ⅰ和Ⅱ達到平衡，平衡時容器體積為VL，CO2轉化率為25%，CH3OH和CO選擇性均為50%，由方程式可知，消耗n（CO2）= ×25%mol=mol，生成CH3OH和CO共mol，分別為mol，生成n（H2O）=mol，兩個反應消耗氫氣的物質的量為mol×3+mol=mol，則剩余氫氣的物質的量為mol﹣mol=mol，，則反應Ⅱ的平衡常數，故答案為： ；

③對于反應Ⅱ，增大壓強平衡不移動，但對應反應Ⅰ，增大壓強，平衡正向移動，導致反應物的濃度降低，生成水的濃度增大，則導致反應Ⅱ平衡逆向移動，CO的選擇性下降，故答案為：增大壓強，有利于反應Ⅰ平衡正向移動，使反應物濃度減小，從而使反應Ⅱ逆向移動，CO選擇性下降。