Question

【題目】2018年，美國退出了《巴黎協定》實行再工業化戰略，而中國卻加大了環保力度，生動詮釋了我國負責任的大國形象。近年來，我國大力加強溫室氣體CO2催化氫化合成甲醇技術的工業化量產研究，實現可持續發展。

（1）已知：CO2（g）+ H2（g）H2O（g） +CO（g） ΔH1 = + 41.1 kJmol-1

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） ΔH2= －90.0 kJmol-1

寫出CO2催化氫化合成甲醇的熱化學方程式_________。

（2）為提高CH3OH產率，理論上應采用的條件是_________（填字母）。

a 高溫高壓 b 低溫低壓 c 高溫低壓 d 低溫高壓

（3）250℃、在體積為2.0 L的恒容密閉容器中加入6 mol H2、2 mol CO2和催化劑，10 min時反應達到平衡，測得c（CH3OH） = 0.75 mol· L－1。

① 前10 min的平均反應速率v（H2）＝______ mol·L－1·min－1。

② 化學平衡常數的值 ______。

（4）以CO2（g）和H2（g）為原料合成甲醇，反應的能量變化如下圖所示。

① 補全上圖：圖中A處應填入_____。

② 該反應需要加入銅－鋅基催化劑。加入催化劑后，該反應的Δ H_____（填“變大”“變小”或“不變”）。

（5）CO2還可以與CH4反應生成CH3COOH。反應歷程如下圖1。（中間體的能量關系如虛框中曲線所示） 室溫下某溶液中CH3COOH和CH3COO－兩種微粒濃度隨pH變化的曲線，如下圖2。
①中間體①的能量______中間體②的能量。（填：“>”或“=”或“<”）

②從圖2中得出，室溫下，CH3COOH的電離常數值為____。

Answer 1

【答案】CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-48.9kJ/mol d 0.225 5.3 1mol CO2（g）+3mol H2（g） 不變 > 10-4.76

【解析】

(1)利用已知熱化學方程式，求出CO2催化氫化合成甲醇的熱化學方程式。

(2)該反應為體積縮小的放熱反應，所以應加壓、降溫。

(3)利用三段式，可計算出反應速率及平衡常數。

(4)催化劑能加快反應速率，但不能改變反應的熱效應。

(5)從圖中可看出兩中間體的能量關系；找出圖中的特殊點，可計算出電離常數。

（1）已知：CO2（g）+ H2（g）H2O（g）+CO（g） ΔH1 = + 41.1 kJmol-1

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） ΔH2= －90.0 kJmol-1

將兩熱化學方程式相加，即可得出CO2催化氫化合成甲醇的熱化學方程式：

CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g） △H=-48.9kJ/mol，

答案：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-48.9kJ/mol。

（2）因為此反應為放熱的體積縮小的可逆反應，所以為提高CH3OH產率，理論上應采用的條件是加壓、降溫；

答案：d。

（3） CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）

起始量 1mol/L 3mol/L 0 0

變化量 0.75mol/L 2. 25mol/L 0.75mol/L 0.75mol/L

平衡量 0.25mol/L 0.75mol/L 0.75mol/L 0.75mol/L

① 前10 min的平均反應速率v（H2）＝ mol·L－1·min－1；

答案：0.225。

② 化學平衡常數的值；

答案：5.3。

（4）① 圖中A處應填入1mol CO2（g）+3mol H2（g）；

答案：1mol CO2（g）+3mol H2（g）。

② 因為催化劑不能改變反應物的轉化率，所以加入催化劑后，該反應的Δ H不變；

答案：不變。

（5）①從圖中可以看出，中間體①的能量>中間體②的能量；

答案：>

②我們選擇兩條曲線的交叉點，在此點c(CH3COO－)= c(CH3COOH)，且c(H+)=10-4.76，

室溫下，CH3COOH的電離常數值為 ；

答案：10-4.76