【題目】CO2催化加氫制甲醇,是極具前景的溫室氣體資源化研究領(lǐng)域。在某CO催化加氫制甲醇的反應(yīng)體系中,發(fā)生的主要反應(yīng)有:

i.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.4kJ·mol-1

ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2kJ·mol-1

ⅲ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H3

1)△H3________ kJ·mol-1

25MPa時,往某密閉容器中按投料比nH2):nCO2)=31充入H2CO2。反應(yīng)達到平衡時,測得各組分的物質(zhì)的量分數(shù)隨溫度變化的曲線如圖所示。

①體系中CO2的物質(zhì)的量分數(shù)受溫度的影響不大,原因是____。

250℃時,反應(yīng)ii的平衡常數(shù)____1(填“>”“<”或“=”)。

③下列措施中,無法提高甲醇產(chǎn)率的是____(填標號)。

A 加入適量CO B 增大壓強 C 循環(huán)利用原料氣 D 升高溫度

④如圖中X、Y分別代表____(填化學式)。

3)反應(yīng)i可能的反應(yīng)歷程如下圖所示。

注:方框內(nèi)包含微粒種類及數(shù)目、微粒的相對總能量(括號里的數(shù)字或字母,單位:eV)。其中,TS表示過渡態(tài)、*表示吸附在催化劑上的微粒。

①反應(yīng)歷程中,生成甲醇的決速步驟的反應(yīng)方程式為____。

②相對總能量E=____(計算結(jié)果保留2位小數(shù))。(已知:leV=1.6×10-22kJ

4)用電解法也可實現(xiàn)CO2加氫制甲醇(稀硫酸作電解質(zhì)溶液)。電解時,往電解池的____極通入氫氣,陰極上的電極反應(yīng)為____。

【答案】-90.6 溫度改變時,反應(yīng)i和反應(yīng)ii平衡移動方向相反 D CO、CH3OH HCOOH*+2H2(g)=H2COOH*+3/2H2 -0.51 CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O

【解析】

(1)已知:

i.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.4kJ·mol-1

ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2kJ·mol-1

ⅲ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H3

根據(jù)蓋斯定律可知反應(yīng)i-ii可得反應(yīng)iii,所以△H3=△H1-△H2=-49.4kJ/mol-41.2kJ/mol=-90.6kJ/mol;

(2) H10,△H30,即生成甲醇的反應(yīng)均為放熱反應(yīng),所以溫度升高平衡時甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)應(yīng)減小,△H20,生成CO的反應(yīng)為吸熱反應(yīng),所以隨溫度升高CO平衡時的物質(zhì)的量分數(shù)會變大,二者共同作用導致水蒸氣減小幅度小于甲醇,所以Z代表H2O,Y代表CH3OH,X代表CO

①依據(jù)主要反應(yīng)的化學方程式可知,反應(yīng)i消耗CO2,反應(yīng)ii逆向產(chǎn)生CO2,最終體系內(nèi)CO2的物質(zhì)的量分數(shù)與上述兩個反應(yīng)進行的程度相關(guān)。由于△H10而△H20,根據(jù)勒夏特列原理,溫度改變時,反應(yīng)i和反應(yīng)ii平衡移動方向相反,且平衡移動程度相近,導致體系內(nèi)CO2的物質(zhì)的量分數(shù)受溫度的影響不大;

②反應(yīng)ii平衡常數(shù)K=,該反應(yīng)前后氣體體積計量數(shù)之和不變,所以可以用物質(zhì)的量分數(shù)來代表濃度估算K值,據(jù)圖可知250℃時,CO2H2的物質(zhì)的量分數(shù)大于COH2O的物質(zhì)的量分數(shù),所以K1

A. 加入適量CO,促使反應(yīng)iii平衡正向移動,產(chǎn)生更多的CH3OH,而反應(yīng)ii平衡逆向移動,又可減少CO2轉(zhuǎn)化為CO,使更多的CO2通過反應(yīng)i轉(zhuǎn)化為CH3OH,故CH3OH產(chǎn)率提高,A項正確;

B. 增大壓強,有利于反應(yīng)iiii的平衡正向移動,而對反應(yīng)ii無影響,B項正確;

C. 循環(huán)利用原料氣能提高CO2的轉(zhuǎn)化率,使CH3OH的產(chǎn)率提高,C項正確;

D. 由圖可知,升溫,CH3OH的物質(zhì)的量分數(shù)下降,產(chǎn)率降低,D項錯誤;

綜上所述選D;

④根據(jù)分析可知X代表CO,Y代表CH3OH

(3)①生成CH3OH的決速步驟,指反應(yīng)歷程中反應(yīng)速率最慢的反應(yīng)。速率快慢則由反應(yīng)的活化能決定,活化能越大,反應(yīng)速率越慢。仔細觀察并估算表中數(shù)據(jù),找到活化能(過渡態(tài)與起始態(tài)能量差)最大的反應(yīng)步驟為:HCOOH*+2H2(g)=H2COOH*+3/2H2,Ea=-0.18-(-1.66)= 1.48 eV;

②反應(yīng)i的△H1= -49.4kJ/mol,指的是1mol CH3OH(g)和1molH2O(g)的總能量與1 mol CO2(g)和3mol H2(g)的總能量之差,而反應(yīng)歷程圖中的E表示的是1CH3OH分子和1H2O分子的相對總能量與1CO2分子和3H2分子的相對總能量之差(單位為cV),且將起點的相對總能量設(shè)定為0。所以,作如下?lián)Q算即可求得相對總能量E:

E===-0.51eV;

(4)因為電解過程CO2被還原為CH3OH,H2應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng),故氫氣通入陽極附近溶液中;而陰極上CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH,碳元素從+4價降為-2價,電解質(zhì)溶液為硫酸,所以電極方程式為:CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O。

練習冊系列答案
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2)焦炭催化還原二氧化硫的化學方程式為2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)。一定壓強下,向1L密閉容器中充入足量的焦炭和1molSO2發(fā)生反應(yīng),測得SO2的生成速率和S2(g)的生成速率隨溫度變化的關(guān)系如圖所示:

A、B、C、D四點對應(yīng)的狀態(tài)中,達到平衡狀態(tài)的有___(填字母)。

②該反應(yīng)的ΔH___0(”““=”)

③下列措施能夠增大SO2平衡轉(zhuǎn)化率的是___。

A.降低溫度 B.增加C的量 C.減小容器體積 D.添加高效催化劑

3)用氨水吸收SO225℃時2.0mol·L-1的氨水中,NH3·H2O的電離度α___×100%)。將含SO2的煙氣通入該氨水中,當溶液顯中性時,溶液中的=___(已知25℃,Kb(NH3·H2O)1.8×10-5Ka1(H2SO3)1.3×10-2,Ka2(H2SO3)6.2×10-8)

4)當吸收液失去吸收能力后通入O2可得到NH4HSO4溶液,用如圖所示裝置電解所得NH4HSO4溶液可制得強氧化劑(NH4)2S2O8。

寫出電解NH4HSO4溶液的化學方程式___。

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【題目】下表列出了①五種元素在周期表中的位置:

請按要求回答下列問題:

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(5)下列關(guān)于的說法正確的有_________(雙選,填字母);

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