10.目前有效控制及高效利用CO、CO
2的研究正引起全球廣泛關(guān)注,根據(jù)《中國化工報》報道,美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了幾種新的可將CO、CO
2轉(zhuǎn)化為甲醇的高活性催化體系,比目前工業(yè)使用 的常見催化劑快近90倍.
已知工業(yè)上可以利用CO
2制備CH
3OH涉及反應(yīng)如下:
反應(yīng)I:CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g)△H=-49.5kJ/mol
反應(yīng)II:CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g)△H=+41.3kJ/mol
(1)寫出工業(yè)上CO和H
2制取甲醇的熱化學(xué)方程式CO(g)+2H
2(g)?CH
3OH(g)△H=-90.8kJ/mol.
(2)反應(yīng)I能自發(fā)進(jìn)行的條件是低溫.
(3)一定溫度下,H
2、CO在體積固定的密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng):4H
2(g)+2CO(g)?CH
3OCH
3(g)+H
2O(g),下列選項能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)有C、E.
A.該反應(yīng)的平衡常數(shù)不變 B.CO的消耗速率等于CH
3OCH
3的生成速率
C.容器內(nèi)的壓強(qiáng)保持不變 D.混合氣體的密度保持不變
E.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化
(4)500K,2L恒容密閉容器中充入3mol的H
2和1.5molCO
2僅發(fā)生反應(yīng)I(左下圖為實驗過程中在不同反應(yīng)物起始投入量下,反應(yīng)體系中CO
2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系圖),該反應(yīng)10min時CH
3OH生成0.9mol,此時達(dá)到平衡:
①用氫氣表示該反應(yīng)的速率為0.135mol/(L•min).
②該溫度下,反應(yīng)I的平衡常數(shù)為200.
③在此條件下,系統(tǒng)中CH
3OH的濃度隨反應(yīng)時間的變化趨勢如圖1所示,當(dāng)反應(yīng)時間達(dá)到3min時,迅速將體系溫度升至600K,請在圖2中畫出3~10min容器中CH
3OH濃度的變化趨勢曲線.
(5)某研究小組將一定量的H
2和CO
2充入恒容密閉容器中并加入合適的催化劑發(fā)生上述反應(yīng),測得了不同溫度下體系達(dá)到平衡時CO
2的轉(zhuǎn)化率(a)及CH
3OH的產(chǎn)率(b),如圖2所示,請回答問題:
①該反應(yīng)達(dá)到平衡后,為同時提高反應(yīng)速率和甲醇的生成量,以下措施一定可行的是C、E(選填編號)
A.改用高效催化劑 B.升高溫度 C.縮小容器體積
D.分離出甲醇 E.增加CO
2的濃度
②據(jù)圖可知當(dāng)溫度高于260℃后,CO的濃度隨著溫度的升高而增大(填“增大”、“減小”、“不變”或“無法判斷”),其原因是反應(yīng)I:CO
2(g)+3H
2(g)?CH
3OH(g)+H
2O(g)、一氧化碳制備甲醇:CO(g)+2H
2(g)?CH
3OH(g)均為放熱反應(yīng),溫度升高不利于CO
2、CO轉(zhuǎn)化為甲醇;反應(yīng)II為吸熱反應(yīng),溫度升高使更多CO
2轉(zhuǎn)化為CO.綜上所訴,CO的濃度一定增大..