Question

【题目】2018年，美国退出了《巴黎协定》实行再工业化战略，而中国却加大了环保力度，生动诠释了我国负责任的大国形象。近年来，我国大力加强温室气体CO2催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究，实现可持续发展。

（1）已知：CO2（g）+ H2（g）H2O（g） +CO（g） ΔH1 = + 41.1 kJmol-1

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） ΔH2= －90.0 kJmol-1

写出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式_________。

（2）为提高CH3OH产率，理论上应采用的条件是_________（填字母）。

a 高温高压 b 低温低压 c 高温低压 d 低温高压

（3）250℃、在体积为2.0 L的恒容密闭容器中加入6 mol H2、2 mol CO2和催化剂，10 min时反应达到平衡，测得c（CH3OH） = 0.75 mol· L－1。

① 前10 min的平均反应速率v（H2）＝______ mol·L－1·min－1。

② 化学平衡常数的值 ______。

（4）以CO2（g）和H2（g）为原料合成甲醇，反应的能量变化如下图所示。

① 补全上图：图中A处应填入_____。

② 该反应需要加入铜－锌基催化剂。加入催化剂后，该反应的Δ H_____（填“变大”“变小”或“不变”）。

（5）CO2还可以与CH4反应生成CH3COOH。反应历程如下图1。（中间体的能量关系如虚框中曲线所示） 室温下某溶液中CH3COOH和CH3COO－两种微粒浓度随pH变化的曲线，如下图2。
①中间体①的能量______中间体②的能量。（填：“>”或“=”或“<”）

②从图2中得出，室温下，CH3COOH的电离常数值为____。

Answer 1

【答案】CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-48.9kJ/mol d 0.225 5.3 1mol CO2（g）+3mol H2（g） 不变 > 10-4.76

【解析】

(1)利用已知热化学方程式，求出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式。

(2)该反应为体积缩小的放热反应，所以应加压、降温。

(3)利用三段式，可计算出反应速率及平衡常数。

(4)催化剂能加快反应速率，但不能改变反应的热效应。

(5)从图中可看出两中间体的能量关系；找出图中的特殊点，可计算出电离常数。

（1）已知：CO2（g）+ H2（g）H2O（g）+CO（g） ΔH1 = + 41.1 kJmol-1

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） ΔH2= －90.0 kJmol-1

将两热化学方程式相加，即可得出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式：

CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g） △H=-48.9kJ/mol，

答案：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-48.9kJ/mol。

（2）因为此反应为放热的体积缩小的可逆反应，所以为提高CH3OH产率，理论上应采用的条件是加压、降温；

答案：d。

（3） CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）

起始量 1mol/L 3mol/L 0 0

变化量 0.75mol/L 2. 25mol/L 0.75mol/L 0.75mol/L

平衡量 0.25mol/L 0.75mol/L 0.75mol/L 0.75mol/L

① 前10 min的平均反应速率v（H2）＝ mol·L－1·min－1；

答案：0.225。

② 化学平衡常数的值；

答案：5.3。

（4）① 图中A处应填入1mol CO2（g）+3mol H2（g）；

答案：1mol CO2（g）+3mol H2（g）。

② 因为催化剂不能改变反应物的转化率，所以加入催化剂后，该反应的Δ H不变；

答案：不变。

（5）①从图中可以看出，中间体①的能量>中间体②的能量；

答案：>

②我们选择两条曲线的交叉点，在此点c(CH3COO－)= c(CH3COOH)，且c(H+)=10-4.76，

室温下，CH3COOH的电离常数值为 ；

答案：10-4.76