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【题目】应对雾霾污染、改善空气质量需要从多方面入手,如开发利用清洁能源。甲醇是一种可再生的清洁能源,具有广阔的开发和应用前景。回答下列问题:

1CO2H2合成甲醇:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。但是找到合适的催化剂是制约该方法的瓶颈。目前主要使用贵金属催化剂,但是贵金属储量稀少,成本高昂,难以大规模应用,且使用中存在环境污染的风险。最近采用真空封管法制备磷化硼纳米颗粒,在发展非金属催化剂实现CO2电催化还原制备甲醇方向取得重要进展,该反应历程如图所示。

容易得到的副产物有COCH2O,其中相对较多的副产物为__;上述合成甲醇的反应速率较慢,要使反应速率加快,主要降低下列变化中__(填字母)的能量变化。

A.*CO+*OH→*CO+*H2O

B.*CO→*OCH

C.*OCH2*OCH3

D.*OCH3*CH3OH

2)恒压(容器的容积可变)下,0.2molCO20.6molH2在催化剂作用下发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) HCO2的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

压强p1__(“<”“>”)p2

②在p1100℃条件下,b点时v__(“<"“>”)v

③已知:反应速率v=v-v=kkk分别为正、逆反应速率常数,x为物质的量分数,若b点对应的坐标参数为(1000.4),计算b处的=__(保留3位有效数字)

3)焦炭与水蒸气在恒容密闭容器中反应制合成气的主要反应()()lgKP(KP为以分压表示的平衡常数)T的关系如图所示。

反应()的△H__(大于”“等于小于”)0

c点时,反应C(s)+CO2(g)2CO(g)KP=__(填数值)

③在恒容密闭容器中充入0.5molCO2molH2O(g)只发生反应(),图中d点处达到平衡时,CO的转化率为__;达到平衡时,向容器中再充入0.5molCO2molH2O(g),重新达到平衡时,CO的平衡转化率__(增大”“减小不变”)

【答案】CO A 2.85 小于 1 80% 不变

【解析】

(1)由图可知,副产物有COCH2O,反应的能垒越低,反应越容易进行,副产物的量越多;反应的能垒越大,反应的反应速率越慢;

(2)①该反应正向是气体体积减小的反应,气体条件相同时,压强越大,CO2的平衡转化率越高;

②由图可知,在p1100℃条件下,bCO2的转化率小于平衡时CO2的平衡转化率,则反应正向进行;

③平衡时υ,即kx(CO2)x(H2)3=kx(CH3OH)x(H2O),则=KbCO2的转化率为0.4,根据三段式计算各物质的物质的量分数,根据反应速率公式计算b的值;

(3)①反应()随温度升高lgKP减小,即升高温度,平衡逆向移动;

②根据盖斯定律反应Ⅰ减去反应Ⅱ得到C(s)+CO2(g)2CO(g),所以C(s)+CO2(g)2CO(g)的平衡常数KP等于反应Ⅰ的平衡常数除以反应Ⅱ的平衡常数;
③反应(II)

结合平衡常数减小计算;达到平衡时,向容器中再充入0.5molCO2molH2O(g),相当加压,根据平衡移动方向判断。

(1) 由图可知生成副产物CH2O的能量变化大,即能垒高,反应难进行,生成的量少,生成副产物CO的能量变化小,即能垒低,反应容易进行,生成的量多,所以相对较多的副产物为CO;由图可知生成甲醇的过程中,能垒最高(1.64eV)的变化为*CO+*OH→*CO+*H2O,该反应速率最慢,决定整个反应的快慢,所以要想提高整个反应速率,应该降低该反应的能垒,故答案为A

(2)①因为该反应的气体分子总数减少,则气体条件相同时,压强越大,二氧化碳的转化率越大,相同温度下,p2CO2的转化率比p1时的大,所以压强p1p2

②在p1100℃条件下,a点为平衡点,与a点相比,b点的二氧化碳转化率较低,则b点正反应速率大于逆反应速率,即υυ

a点反应三段式:

x(CO2)=x(CH3OH)=x(H2O)=x(H2)=,此时,,故=

b点各成分的量也可由三段式计算:

,此时,

(3)①反应()lgKP随温度升高而减小,即升高温度,平衡逆向移动,则H0

②根据盖斯定律反应Ⅰ减去反应Ⅱ得到C(s)+CO2(g)2CO(g),所以C(s)+CO2(g)2CO(g)的平衡常数KP等于反应Ⅰ的平衡常数除以反应Ⅱ的平衡常数,由于c点两者的lgKP相等,则反应C(s)+CO2(g)2CO(g)lgKP=0,即c点时,反应C(s)+CO2(g)2CO(g)KP=1

d点时,反应()KP=1

反应是气体体积不变化的反应,可将各物质的物质的量数值直接代入计算,即,解得x=0.4CO的转化率为×100%=80%,该反应前后气体的分子数不变,达到平衡时,向容器中再充入0.5molCO2molH2O(g)相当增大压强,平衡不发生移动,所以CO的平衡转化率不变。

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2v(H2)=v(HI)

HI分子数不再改变

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药品

密度/()

沸点/

水中溶解性

异戊醇

0.8123

131

微溶

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1.0492

118

易溶

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0.8670

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