Question

【題目】I.甲醛在木材加工、醫藥等方面有重要用途。甲醇直接脫氫是工業上合成甲醛的新方法，制備過程涉及的主要反應如下：

反應I：CH3OH(g) HCHO(g)+H2(g) △H1

反應II：CH3OH(g)+1/2O2(g) HCHO(g)+H2O(g) △H2= —156.6kJ/mol

反應III：2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) △H3= —483.6kJ/mol

（1）計算反應I的反應熱△H1=_____________。

（2）750K下，在恒容密閉容器中，發生反應CH3OH(g) HCHO(g)+H2(g），若起始壓強為P0，達到平衡轉化率為α，則平衡時的總壓強P平=___________(用含P0和α的式子表示)；當P0=101kPa，測得α=50.0%，計算反應平衡常數Kp=___________kPa(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數，忽略其它反應)。

II. CO2既是溫室氣體，也是重要的化工原料，以CO2為原料可合成多種有機物。

（3）二氧化碳與氫氣在催化劑作用下可制取低碳烯烴。在一恒容密閉容器中分別投入1molCO2、3molH2，發生反應：2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) △H；在不同溫度下，用傳感技術測出平衡時H2的物質的量變化關系如圖所示。

①其他條件不變，起始時若按1molCO2、2molH2進行投料，則CO2的轉化率將________(填“增大”“ 減小”或“不變”)。

②△H______ (填“>”“<”或“不能確定”)0。

③若測試中體系內無氧氣產生，試結合圖示推斷熱穩定性：C2H4_________(填“>” “<”或“不能

確定”)H2O。

（4）利用光能和光催化劑，可將CO2和H2O(g)轉化為CH4和O2。紫外光照射時，在不同催化劑（I、Ⅱ，Ⅲ）作用下，CH4產量隨光照時間的變化見圖1。在15小時內，CH4的平均生成速率I、Ⅱ和Ⅲ從大到小的順序為______________（填序號）。

（5）以 TiO2/Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關系見圖2。乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍是______________________。

Answer 1

【答案】+85.2kJ·mol－1 p0（1+a） 50.5kPa 減小 < < v(Ⅱ）＞v(Ⅲ）＞v(Ⅰ） 300℃～400℃

【解析】

（1）根據蓋斯定律進行計算△H2；

（2）根據三段式進行分析計算；壓強之比等于物質的量之比，根據平衡常數Kp= 進行計算；

（3）①其它條件不變，起始時若按1molCO2、2 molH2進行投料，與原平衡相比，相當于減小氫氣的濃度，據此分析CO2的轉化率變化情況；

②△H只與溫度有關，由圖升高溫度，氫氣的量增加，平衡逆向移動，正反應放熱；

③若測試中體系內無氧氣產生，結合圖示溫度高于TA℃時，n(H2)大幅提高，說明C2H4受熱分解生成氫氣，進而推斷C2H4和H2O熱穩定性大小；

（4）由圖2可知，在0～15h內，甲烷的物質的量變化量為△n(Ⅱ）＞△n(Ⅲ）＞△n(Ⅰ），從而計算0～15h內，CH4的平均生成速率，進而比較大小；在不同催化劑（I、Ⅱ，Ⅲ）作用下，CH4產量隨光照時間的變化，由圖1可得：在15小時內，甲烷的物質的量變化量為△n(Ⅱ）＞△n(Ⅲ）＞△n(Ⅰ），據此判斷CH4的平均生成速率；

（5）在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關系見圖2。溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，在300℃時失去活性，所以溫度高于300℃時，乙酸的生成速率升高是由溫度升高導致的，據此進行分析。

（1）反應I：CH3OH(g) HCHO(g)+H2(g) △H1

反應II：CH3OH(g)+1/2O2(g) HCHO(g)+H2O(g) △H2= —156.6kJ/mol

反應III：2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) △H3= —483.6kJ/mol

根據蓋斯定律，反應I=反應Ⅱ-反應III，計算反應I的反應熱△H1=—156.6kJ/mol-（—483.6kJ/mol）=+85.2kJ·mol－1；

（2）若起始壓強為P0，達到平衡轉化率為α，

CH3OH（g）HCHO（g）+H2（g）

起始（mol） 1 0 0

變化（mol） a a a

平衡（mol） 1-a a a

壓強之比等于物質的量之比，則p0：P平=1：（1+a），P平=p0（1+a）；當P0=101kPa，測得α=50.0%，該反應平衡常數Kp= =50.5kPa；

（3）①其他條件不變，起始時若按1molCO2、2 molH2進行投料，與原平衡相比，相當于減小氫氣的濃度，則CO2的轉化率將減小；

②△H只與溫度有關，由圖升高溫度，氫氣的量增加，平衡逆向移動，正反應放熱，△H<0；

③若測試中體系內無氧氣產生，結合圖示溫度高于TA℃時，n(H2)大幅提高，說明C2H4受熱分解生成氫氣，推斷熱穩定性：C2H4<H2O；

（4）由圖2可知，在0～15h內，甲烷的物質的量變化量為△n(Ⅱ）＞△n(Ⅲ）＞△n(Ⅰ），故在0～15h內，CH4的平均生成速率v(Ⅱ）＞v(Ⅲ）＞v(Ⅰ）；在不同催化劑（I、Ⅱ，Ⅲ）作用下，CH4產量隨光照時間的變化，由圖1可得：在15小時內，甲烷的物質的量變化量為△n(Ⅱ）＞△n(Ⅲ）＞△n(Ⅰ），CH4的平均生成速率I、Ⅱ和Ⅲ從大到小的順序為v(Ⅱ）＞v(Ⅲ）＞v(Ⅰ）。

（5）在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率的關系見圖2。溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，在300℃時失去活性，所以溫度高于300℃時，乙酸的生成速率升高是由溫度升高導致的，故乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍是300℃～400℃。