Question

【題目】應對霧霾污染、改善空氣質量需要從多方面入手，如開發利用清潔能源。甲醇是一種可再生的清潔能源，具有廣闊的開發和應用前景。回答下列問題：

（1）CO2與H2合成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。但是找到合適的催化劑是制約該方法的瓶頸。目前主要使用貴金屬催化劑，但是貴金屬儲量稀少，成本高昂，難以大規模應用，且使用中存在環境污染的風險。最近采用真空封管法制備磷化硼納米顆粒，在發展非金屬催化劑實現CO2電催化還原制備甲醇方向取得重要進展，該反應歷程如圖所示。

容易得到的副產物有CO和CH2O，其中相對較多的副產物為__；上述合成甲醇的反應速率較慢，要使反應速率加快，主要降低下列變化中__(填字母)的能量變化。

A.*CO+*OH→*CO+*H2O

B.*CO→*OCH

C.*OCH2→*OCH3

D.*OCH3→*CH3OH

（2）恒壓(容器的容積可變)下，0.2molCO2與0.6molH2在催化劑作用下發生反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H，CO2的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示。

壓強p1__(填“<”或“>”)p2。

②在p1、100℃條件下，b點時v正__(填“<"或“>”)v逆。

③已知：反應速率v=v正-v逆=k正，k正、k逆分別為正、逆反應速率常數，x為物質的量分數，若b點對應的坐標參數為(100，0.4)，計算b處的=__(保留3位有效數字)。

（3）焦炭與水蒸氣在恒容密閉容器中反應制合成氣的主要反應(Ⅰ)、(Ⅱ)的lgKP(KP為以分壓表示的平衡常數)與T的關系如圖所示。

反應(Ⅱ)的△H__(填“大于”“等于”或“小于”)0。

②c點時，反應C(s)+CO2(g)2CO(g)的KP=__(填數值)。

③在恒容密閉容器中充入0.5molCO、2molH2O(g)只發生反應(Ⅱ)，圖中d點處達到平衡時，CO的轉化率為__；達到平衡時，向容器中再充入0.5molCO、2molH2O(g)，重新達到平衡時，CO的平衡轉化率__(填“增大”“減小”或“不變”)。

Answer 1

【答案】CO A ＜ ＞ 2.85 小于 1 80% 不變

【解析】

(1)由圖可知，副產物有CO和CH2O，反應的能壘越低，反應越容易進行，副產物的量越多；反應的能壘越大，反應的反應速率越慢；

(2)①該反應正向是氣體體積減小的反應，氣體條件相同時，壓強越大，CO2的平衡轉化率越高；

②由圖可知，在p1、100℃條件下，b點CO2的轉化率小于平衡時CO2的平衡轉化率，則反應正向進行；

③平衡時υ正=υ逆，即k正x(CO2)x(H2)3=k逆x(CH3OH)x(H2O)，則=K，b點CO2的轉化率為0.4，根據三段式計算各物質的物質的量分數，根據反應速率公式計算b處的值；

(3)①反應(Ⅱ)隨溫度升高lgKP減小，即升高溫度，平衡逆向移動；

②根據蓋斯定律反應Ⅰ減去反應Ⅱ得到C(s)+CO2(g)2CO(g)，所以C(s)+CO2(g)2CO(g)的平衡常數KP等于反應Ⅰ的平衡常數除以反應Ⅱ的平衡常數；
③反應(II)

結合平衡常數減小計算；達到平衡時，向容器中再充入0.5molCO、2molH2O(g)，相當加壓，根據平衡移動方向判斷。

(1) 由圖可知生成副產物CH2O的能量變化大，即能壘高，反應難進行，生成的量少，生成副產物CO的能量變化小，即能壘低，反應容易進行，生成的量多，所以相對較多的副產物為CO；由圖可知生成甲醇的過程中，能壘最高(為1.64eV)的變化為*CO+*OH→*CO+*H2O，該反應速率最慢，決定整個反應的快慢，所以要想提高整個反應速率，應該降低該反應的能壘，故答案為A；

(2)①因為該反應的氣體分子總數減少，則氣體條件相同時，壓強越大，二氧化碳的轉化率越大，相同溫度下，p2時CO2的轉化率比p1時的大，所以壓強p1＜p2；

②在p1、100℃條件下，a點為平衡點，與a點相比，b點的二氧化碳轉化率較低，則b點正反應速率大于逆反應速率，即υ正＞υ逆；

③a點反應三段式：

x(CO2)=x(CH3OH)=x(H2O)=，x(H2)=，此時，，故=；

b點各成分的量也可由三段式計算：

故，此時，；

(3)①反應(Ⅱ)的lgKP隨溫度升高而減小，即升高溫度，平衡逆向移動，則△H＜0；

②根據蓋斯定律反應Ⅰ減去反應Ⅱ得到C(s)+CO2(g)2CO(g)，所以C(s)+CO2(g)2CO(g)的平衡常數KP等于反應Ⅰ的平衡常數除以反應Ⅱ的平衡常數，由于c點兩者的lgKP相等，則反應C(s)+CO2(g)2CO(g)的lgKP=0，即c點時，反應C(s)+CO2(g)2CO(g)的KP=1；

③d點時，反應(Ⅱ)的KP=1；

反應是氣體體積不變化的反應，可將各物質的物質的量數值直接代入計算，即，解得x=0.4，CO的轉化率為×100%=80%，該反應前后氣體的分子數不變，達到平衡時，向容器中再充入0.5molCO、2molH2O(g)相當增大壓強，平衡不發生移動，所以CO的平衡轉化率不變。