Question

【題目】甲醇是重要的化工原料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下合成甲醇，可能發生的反應如下：

①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2

③CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)　ΔH3

回答下列問題：

(1)已知反應②中相關化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	H－H	C＝O	C≡O	H－O
E/kJ·mol－1	436	803	1076	465

由此計算ΔH2＝____kJ·mol－1。已知ΔH3＝＋99kJ·mol－1，則ΔH1＝____kJ·mol－1。

(2)一定比例的合成氣在裝有催化劑的反應器中反應12小時。體系中甲醇的產率和催化劑的催化活性與溫度的關系如圖所示。

①溫度為470K時，圖中P點____(填“是”或“不是”)處于平衡狀態。在490K之前，甲醇產率隨溫度升高而增大，490K之后，甲醇產率隨溫度升高而減小的原因分別是____。

②一定能提高甲醇產率的措施是____。

A．增大壓強 B．升高溫度 C．選擇合適催化劑 D．加入大量催化劑

(3)如圖為一定比例的CO2/H2，CO/H2、CO/CO2/H2條件下甲醇生成速率與溫度的關系。

①490K時，根據曲線a、c判斷合成甲醇的反應機理是____(填“I”或“II”)。

Ⅰ．CO2 COCH3OH II．COCO2CH3OH＋H2O

②490K時，曲線a與曲線b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，從熱力學與動力學角度，并結合反應①、②分析原因____。

Answer 1

【答案】36 99 不是 升高溫度，反應逆向移動，催化劑活性降低 AC Ⅱ CO促進反應Ⅱ逆向移動，CO和H2的量增加，水蒸氣的量減少

【解析】

（1）根據題中所給鍵能數據，計算得到方程②的反應熱為：△H2=（803×2+436-1076-2×465）=36 kJ·mol-1；方程③可以用方程②-①獲得，△H2-△H1=36-（-63）=99 kJ·mol-1；綜上所述，本題答案是：36；99。

（2）①溫度為470K時，圖中P點不是處于平衡狀態；在490K之前，甲醇產率隨著溫度升高而增大的原因是溫度越高化學反應速率越快，490K之后，甲醇產率下降的原因是升高溫度，反應i逆向移動，催化劑活性降低；綜上所述，本題答案是：不是；升高溫度，反應逆向移動，催化劑活性降低。

②A.增大壓強,反應Ⅰ平衡正向移動，甲醇產率可以提高，故A正確；

B,升高溫度反應Ⅰ是放熱反應，平衡逆向移動，甲醇產率降低，故B錯誤；

C.選擇合適催化劑，選擇生成甲醇，提高甲醇產率，故C正確；

D.加入大量催化劑，不能影響平衡，故D錯誤；

綜上所述，本題選AC。

（3）圖2為一定比例的CO2/H2、CO/H2、CO/CO2/H2條件下甲醇生成速率與溫度的關系。

490K時，從甲醇的生成速率來看，a曲線大于c曲線，即甲醇來源于CO2和H2，故490K時,根據曲線a、c判斷合成甲醇的反應機理是Ⅱ；

490K時,曲線a與曲線b相比,CO的存在使甲醇生成速率增大,從熱力學與動力學角度,并結合反應i、ⅱ分析原因：對ii. CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g)，CO是生成物，CO促進反應Ⅱ逆向移動，二氧化碳和氫氣的量增加，水蒸氣的量減少，i.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)正向進行，故CO的存在使甲醇生成速率增大；

綜上所述，本題答案是：Ⅱ ；CO促進反應Ⅱ逆向移動，CO和H2的量增加，水蒸氣的量減少。